WO2025183162A1 - 吸水材および吸水材の製造方法 - Google Patents

吸水材および吸水材の製造方法

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WO2025183162A1
WO2025183162A1 PCT/JP2025/007127 JP2025007127W WO2025183162A1 WO 2025183162 A1 WO2025183162 A1 WO 2025183162A1 JP 2025007127 W JP2025007127 W JP 2025007127W WO 2025183162 A1 WO2025183162 A1 WO 2025183162A1
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water
absorbing material
emulsion
absorbent
mass
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PCT/JP2025/007127
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太貴 水野
亮 清水
良太 伊藤
幸次 舘
陽介 大賀
芳史 足立
博之 池内
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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    • A61F13/00—Bandages or dressings; Absorbent pads
    • A61F13/15—Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators
    • A61F13/53—Absorbent pads, e.g. sanitary towels, swabs or tampons for external or internal application to the body; Supporting or fastening means therefor; Tampon applicators characterised by the absorbing medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
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    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/04—Acids, Metal salts or ammonium salts thereof
    • C08F20/06—Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
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    • C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/10—Esters
    • C08F20/20—Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols, e.g. 2-hydroxyethyl (meth)acrylate or glycerol mono-(meth)acrylate
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    • C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/52—Amides or imides
    • C08F20/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide

Definitions

  • the present invention relates to a water-absorbent material and a method for producing the same.
  • sanitary materials such as disposable diapers, sanitary napkins, and so-called incontinence pads widely use mixtures containing water-absorbent resins and hydrophilic fibers such as pulp as their constituent materials for the purpose of absorbing bodily fluids.
  • water-absorbent resins and hydrophilic fibers such as pulp
  • absorbent materials with superior water-absorbing speeds as constituent materials of such materials.
  • a known water-absorbing material is a monolithic organic porous ion exchanger (water-absorbing material) consisting of a continuous skeleton and continuous pores, as described in Patent Document 1.
  • the monolithic organic porous ion exchanger is a hydrolyzate produced by hydrolyzing a crosslinked polymer of a (meth)acrylic acid ester and a compound having two or more vinyl groups in one molecule.
  • the water-absorbing polymer particles described in Patent Document 2 are known. Specifically, the water-absorbing polymer particles are produced by a method including the following steps (a) and (b).
  • step (a) a step of incorporating a first solvent into an aqueous solution of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer in the presence of a first surfactant to obtain an O/W emulsion; and (b) a step of dispersing the O/W emulsion obtained in step (a) in a second solvent containing a second surfactant to obtain an O/W/O emulsion.
  • the monolithic organic porous ion exchanger described in Patent Document 1 is a hydrolyzate, and an excessive amount of alkaline component is used during production, resulting in 100% neutralization of the constituent (meth)acrylic acid by the alkaline component. Therefore, the alkaline component remains in the pores of the monolithic organic porous ion exchanger even after washing. Therefore, the monolithic organic porous ion exchanger has a pH value exceeding 8, which can cause, for example, rough skin in the user.
  • water-absorbing polymer particles described in Patent Document 2 leave room for improvement in terms of water absorption rate.
  • water-absorbing materials that can be used as components of sanitary materials are required to have an excellent water-separation rate in addition to an excellent water-absorption rate.
  • excellent water-separation rate means that when pressure is applied to a water-absorbing material that has absorbed an aqueous liquid and is in a swollen state, the absorbed aqueous liquid is released more easily and in greater amounts.
  • One embodiment of the present invention aims to solve the above-mentioned problems by providing a water-absorbent material that can reduce skin irritation and other issues on the user compared to conventional water-absorbent materials, and that has excellent water absorption speed and water-separation rate.
  • a water-absorbing material that is formed from a cross-linked polymer whose neutralization rate is controlled to be lower than that of conventional water-absorbing materials, and that contains an organic porous body that has a specific internal pore structure that has a water-retention capacity and bulk density within a specific range.
  • a water-absorbing material containing an organic porous body that has the specific internal pore structure can be obtained by controlling the volume ratio of the first solvent to the unsaturated monomer aqueous solution (O/W volume ratio) to 2.5 or more.
  • one embodiment of the present invention is a water-absorbing material comprising an organic porous material having a continuous skeleton and continuous pores formed by a crosslinked polymer mainly composed of structural units derived from (meth)acrylic acid (salt), Centrifuge retention capacity (CRC) is 5 to 25 g/g; The bulk density is less than 0.3 g/ml, and The water-absorbing material is one in which the neutralization rate of the crosslinked polymer is less than 70 mol %.
  • Another embodiment of the present invention is a method for producing a water-absorbing material including an organic porous material having a continuous skeleton and continuous pores formed by a crosslinked polymer containing structural units derived from (meth)acrylic acid (salt) as a main component, the method comprising: an O/W emulsion preparation step of incorporating a first solvent into an aqueous monomer solution having a neutralization rate of less than 70 mol% in the presence of a first surfactant so that the volume ratio of the first solvent to the aqueous monomer solution is 2.5 or more to obtain an O/W emulsion; an O/W/O emulsion preparation step of dispersing the O/W emulsion in a second solvent to obtain an O/W/O emulsion; and a polymerization step of polymerizing the monomers contained in the aqueous monomer solution in the O/W/O emulsion to prepare an organic porous material;
  • the method for producing a water-absorbent material includes
  • the water-absorbent material according to one embodiment of the present invention can reduce skin irritation and other issues in the user more than conventional water-absorbent materials, and is excellent in both water absorption speed and water separation rate. Furthermore, the method for manufacturing a water-absorbent material according to one embodiment of the present invention has the effect of being able to manufacture the water-absorbent material.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of an O/W/O emulsion preparation step and a polymerization step in a method for producing a water-absorbent material according to one embodiment of the present invention.
  • crosslinked polymer specifically refers to a polymer gelling agent having a water swelling capacity (CRC) of 5 g/g or more as defined by NWSP 241.0.R2(15) and a water soluble component (Ext) of 70 mass% or less as defined by NWSP 270.0.R2(15).
  • CRC water swelling capacity
  • Ext water soluble component
  • NWSP stands for "Non-Woven Standard Procedures - Edition 2015.” NWSP was jointly published by EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) and INDA (Association of the Nonwoven Fabrics Industry) to standardize evaluation methods for nonwoven fabrics and their products in the United States and Europe, and includes standard measurement methods for water-absorbent resins. Unless otherwise specified, the physical properties of cross-linked polymers and water-absorbent materials in this specification are measured in accordance with NWSP.
  • crosslinked polymer is not limited to a composition in which the total amount (100% by mass) is the crosslinked polymer alone, but may also refer to a composition that contains additives and is generally referred to as a "water-absorbent resin composition.” Furthermore, in this specification, the term “crosslinked polymer” may also include a crosslinked polymer that is in a hydrous gel state with water trapped inside.
  • water-absorbing material refers to a material that has a continuous skeleton formed primarily of a crosslinked polymer and continuous pores, and that has the ability to absorb and retain a solution (liquid).
  • a solution liquid
  • it can be used as an absorbent in combination with a particulate superabsorbent polymer, commonly known as a water-absorbent resin, which has excellent water-absorbing properties.
  • the water-absorbing material of the present invention is characterized by temporarily retaining the liquid and transferring it to the superabsorbent polymer.
  • the solution (liquid) is not limited to water, but can be any liquid.
  • Liquids that can be absorbed by the water-absorbing material according to one embodiment of the present invention include, for example, urine, menstrual blood, sweat, saline solution, oil, organic solvents, and waste liquid.
  • the water-absorbing material described herein may be a particulate (powdered) water-absorbing material, i.e., a water-absorbing material generally referred to as a "particulate water-absorbing material.” Because the particulate water-absorbing material contains a cross-linked polymer as its primary component, it corresponds to a particulate cross-linked polymer.
  • the concept of "particulate water-absorbing material” encompasses both a single grain of particulate water-absorbing material and an aggregate of multiple particulate water-absorbing materials. In this specification, "particulate” means having a particle shape.
  • the water-absorbing material contains a cross-linked polymer (also called a particulate cross-linked polymer) as its main component.
  • the water-absorbing material contains 60 to 100% by mass, preferably 70 to 95% by mass, and more preferably 75 to 90% by mass of the cross-linked polymer.
  • the remainder of the water-absorbing material may optionally contain water and/or additives (inorganic fine particles, polyvalent metal cations, etc.).
  • the upper limit of the cross-linked polymer content in the water-absorbent material is, for example, 100 mass%, 90 mass%, 80 mass%, or 70 mass%.
  • the water-absorbent material further contains 5 to 30 mass% of components other than the cross-linked polymer, particularly water and/or additives (inorganic fine particles, polyvalent metal cations, etc.).
  • the preferred water content of the water-absorbing material is 0.2 to 30% by mass.
  • a composition containing a crosslinked polymer in which components such as water and/or additives are integrated with and/or mixed with the crosslinked polymer is also encompassed in the "particulate water-absorbing material.”
  • the "water content” is a numerical value indicating the ratio of the mass of water contained in the measurement object to the mass of the entire measurement object, more specifically, the mass of the entire measurement object in a water-containing state, and can be calculated based on the following formula (2).
  • the measurement object include the water-absorbing material, the organic porous material described below, the crosslinked polymer described below, and the hydrogel described below, and the water content can be calculated in the same manner.
  • a water-absorbing material according to one embodiment of the present invention is a water-absorbing material comprising an organic porous material having a continuous skeleton formed by a cross-linked polymer whose main component is a structural unit derived from (meth)acrylic acid (salt) and continuous pores, and has a centrifuge retention capacity (CRC) of 5 to 25 g/g, a bulk specific gravity of less than 0.3 g/ml, and a neutralization rate of the cross-linked polymer of less than 70 mol%.
  • CRC centrifuge retention capacity
  • the neutralization rate of the cross-linked polymer is less than 70 mol %. Therefore, the water-absorbing material of the present invention is controlled to be weakly acidic, and can, for example, reduce skin irritation and other issues experienced by users of the water-absorbing material compared to conventional water-absorbing materials.
  • the water-absorbing material of the present invention contains an organic porous material having a continuous skeleton formed by a cross-linked polymer and continuous pores, so when it absorbs liquids such as water, the liquid is retained within the cross-linked polymer and the continuous pores.
  • the CRC refers to the amount of liquid remaining in the water-absorbent material after a specific centrifugal force (pressure) is applied to the water-absorbent material in a swollen state after absorbing the liquid, causing some of the liquid to be released.
  • pressure pressure
  • the liquid that was held inside the interconnected pores is mainly released from the water-absorbent material in a swollen state. Therefore, the CRC is mainly the amount of liquid held in the cross-linked polymer of the water-absorbent material in a swollen state.
  • the bulk density is a parameter that represents the mass per unit volume of the water-absorbent material. This mass is mainly the mass of the cross-linked polymer that constitutes the water-absorbent material per unit volume. Therefore, the bulk density is a parameter that represents the ratio of the portion of the entire water-absorbent material that is occupied by the continuous skeleton to the portion that is occupied by the continuous pores. In other words, a low bulk density means that the portion of the entire water-absorbent material that is occupied by the continuous skeleton is small, and the portion that is occupied by the continuous pores is large.
  • the water-absorbent material of the present invention has a CRC of 25 g/g or less and a bulk density controlled to less than 0.3 g/ml. Therefore, the water-absorbent material of the present invention has a structure in which a large proportion of the interconnected pores is occupied. This structure makes it easier to absorb the liquid and easier to release the liquid when centrifugal force (pressure) is applied. Therefore, the water-absorbent material of the present invention has excellent water absorption speed and water separation rate.
  • the water-absorbent material of the present invention has a CRC of 5 g/g or more. This means that the water-absorbent material of the present invention contains a portion occupied by a predetermined amount of the continuous skeleton. Therefore, the water-absorbent material of the present invention has a predetermined water-absorbing performance.
  • the water-absorbent material of the present invention can reduce skin irritation and other issues experienced by users more than conventional water-absorbent materials, and is excellent in both water absorption speed and water separation rate.
  • Patent Document 2 states that water-absorbing materials containing organic porous materials with low bulk density lack mechanical strength.
  • the mechanical strength of the water-absorbing material of the present invention was confirmed by placing the water-absorbing material and glass beads in a glass container and shaking it (damage test). It was confirmed that the water-absorbing material of the present invention has sufficient mechanical strength for use as a water-absorbing material. This method is a technique for simulating mechanical damage that occurs during manufacturing processes in chemical plants, etc.
  • (meth)acrylic acid (salt) means (meth)acrylic acid and/or its salt.
  • “monomer composition containing a (meth)acrylic acid (salt)-based monomer” means a monomer composition containing 50 mol% or more of (meth)acrylic acid (salt) relative to the total monomers excluding the crosslinking agent.
  • the crosslinked polymer contained in the water-absorbing material of the present invention is a crosslinked polymer that contains 50 mol% or more of structural units derived from (meth)acrylic acid (salt) relative to the total structural units constituting the poly(meth)acrylic acid (salt)-based crosslinked polymer, and is a crosslinked polymer that optionally contains structural units derived from an internal crosslinking agent.
  • the crosslinked polymer is a crosslinked polymer in which, based on the constituent monomers excluding the internal crosslinking agent, 50 mol % or more, preferably 70 mol % or more, and more preferably 90 mol % or more is (meth)acrylic acid (salt). Furthermore, the crosslinked polymer is a crosslinked polymer in which, based on the constituent monomers excluding the internal crosslinking agent, 100 mol % or less, and more preferably essentially 100 mol % is (meth)acrylic acid (salt).
  • the cross-linked polymer contained in the water-absorbing material of the present invention may be, for example, particulate.
  • the particulate cross-linked polymer may have one or more shapes selected from the group consisting of irregularly pulverized (irregular), spherical, fibrous, rod-like, approximately spherical, and flat.
  • the cross-linked polymer be spherical particles, taking into account damage during the manufacturing process and reduced productivity due to the generation of fine powder.
  • the particulate cross-linked polymer is referred to as a particulate cross-linked polymer whether it is a single particle or an aggregate of multiple particles.
  • the cross-linked polymer is porous.
  • the term "monomer composition” refers to raw material components that form the crosslinked polymer, and refers to a composition that contains (meth)acrylic acid (salt) as the main monomer component, as well as a monomer other than (meth)acrylic acid (salt), and an internal crosslinking agent as an optional component.
  • the raw material components that form the crosslinked polymer are referred to as the monomer composition.
  • a monomer containing an acid group is preferred among monomers having an unsaturated double bond (ethylenically unsaturated monomers).
  • monomers having an unsaturated double bond include anionic unsaturated monomers and/or salts thereof, such as maleic acid (anhydride), fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid, cinnamic acid, vinyl sulfonic acid, allyl toluene sulfonic acid, vinyl toluene sulfonic acid, styrene sulfonic acid, 2-(meth)acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 2-(meth)acryloylethanesulfonic acid, 2-(meth)acryloylpropanesulfonic acid, and 2-hydroxyethyl (meth)acryloyl phosphate.
  • anionic unsaturated monomers and/or salts thereof such as maleic acid (anhydride), fumaric acid, crotonic acid, it
  • the salt may be one or more salts selected from the group consisting of alkali metal salts, ammonium salts, and amine salts. Sodium salts, potassium salts, lithium salts, or ammonium salts are more preferred, and sodium salts are particularly preferred.
  • the neutralization rate of the crosslinked polymer contained in the water-absorbing material of the present invention can be controlled by the neutralization rate of the monomer composition. It may also be adjusted by adding a neutralizing agent to the crosslinked polymer or the water-absorbing material after the polymerization process.
  • the neutralization rate is the ratio (unit: mol%) of the number of moles of neutralized monomers to the number of moles of all monomers (excluding the internal crosslinking agent) that make up the crosslinked polymer.
  • the water-absorbent material of the present invention has a low neutralization rate of less than 70 mol%, which, as mentioned above, can reduce skin irritation and other issues in users of the water-absorbent material compared to conventional water-absorbent materials. From this perspective, it is preferable that the neutralization rate be 65 mol% or less.
  • the neutralization rate is preferably 30 mol% or greater, and more preferably 40 mol% or greater.
  • the monomer composition may contain, as necessary, a "hydrophilic or hydrophobic unsaturated monomer (hereinafter referred to as "other monomer”)" in addition to the aforementioned “(meth)acrylic acid (salt)” and “monomer other than (meth)acrylic acid (salt).”
  • other monomer a hydrophilic or hydrophobic unsaturated monomer
  • Examples of such other monomers include mercaptan group-containing unsaturated monomers; phenolic hydroxyl group-containing unsaturated monomers; amide group-containing unsaturated monomers such as N-vinyl-2-pyrrolidone, N-vinylacetamide, (meth)acrylamide, N-isopropyl(meth)acrylamide, N-ethyl(meth)acrylamide, and N,N-dimethyl(meth)acrylamide; and amino group-containing unsaturated monomers such as N,N-dimethylaminoethyl(meth)acrylate, N,N-dimethylaminopropyl(meth)acrylate, and N,N-dimethylaminopropyl(meth)acrylamide.
  • One or more of the above-mentioned other monomers can be used.
  • the amount of other monomers used should be sufficient so long as it does not impair the physical properties of the resulting water-absorbing material; specifically, it should be 50 mol % or less, and more preferably 20 mol % or less, of the monomer composition excluding the internal crosslinking agent.
  • the crosslinked polymer is crosslinked.
  • the crosslinking may be a self-crosslinking type that does not use a crosslinking monomer.
  • the crosslinked polymer is preferably internally crosslinked by an internal crosslinking agent.
  • the internal crosslinking agent is preferably at least one selected from the group consisting of polyfunctional acrylate crosslinking agents, acrylamide crosslinking agents, and glycidyl ether crosslinking agents.
  • the internal crosslinking agent examples include N,N'-methylenebis(meth)acrylamide, (poly)ethylene glycol di(meth)acrylate, (poly)propylene glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, glycerin tri(meth)acrylate, glycerin acrylate methacrylate, ethylene oxide-modified trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, triallyl phosphate, triallylamine, poly(meth)allyloxyalkane, (poly)ethylene glycol diglycidyl ether, glycerol diglycidyl ether, ethylene glycol, polyethylene glycol, propy
  • an internal crosslinking agent having two or more polymerizable unsaturated groups is preferably selected.
  • polymerizable unsaturated group examples include allyl groups and (meth)acrylate groups. Of the polymerizable unsaturated groups, (meth)acrylate groups are preferred.
  • internal crosslinking agents having two or more polymerizable unsaturated groups with a (poly)alkylene glycol structure can be used, such as polyethylene glycol di(meth)acrylate.
  • the number of alkylene glycol units in the internal crosslinking agent is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, even more preferably 4 or more, and particularly preferably 6 or more.
  • the number of alkylene glycol units is preferably 100 or less, more preferably 50 or less, even more preferably 20 or less, and particularly preferably 10 or less.
  • the content of the internal crosslinking agent is preferably 0.001 mol% or more, more preferably 0.01 mol% or more, and even more preferably 0.1 mol% or more, based on the portion of the monomer composition excluding the internal crosslinking agent. Furthermore, the content of the internal crosslinking agent is preferably 10 mol% or less, more preferably 7 mol% or less, and even more preferably 5 mol% or less, based on the portion of the monomer composition excluding the internal crosslinking agent.
  • the content of the internal crosslinking agent When the content of the internal crosslinking agent is within the above range, the water absorption performance of the crosslinked polymer and the water absorbent material of the present invention can be controlled within the desired range. On the other hand, when the content of the internal crosslinking agent is outside the above range, the gel strength of the crosslinked polymer decreases, which may result in an increase in the water-soluble content of the crosslinked polymer or a decrease in the absorption capacity of the crosslinked polymer and the water absorbent material of the present invention.
  • the crosslinked polymer may be surface-crosslinked to provide a surface-crosslinked layer.
  • the surface-crosslinked layer may be formed on the surface of the crosslinked polymer by surface crosslinking using a surface crosslinking agent described in U.S. Pat. No. 7,183,456, for example.
  • At least one surface crosslinking agent is selected from these surface crosslinking agents, taking into consideration reactivity and the like.
  • a surface crosslinking agent having two or more functional groups that react with a carboxyl group and that form a covalent bond is preferably selected.
  • Examples of the surface cross-linking agent include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,2-pentanediol, 1,3-pentanediol, 1,4-pentanediol, 1,5-pentanediol, 2,3-pentanediol, and 2,4-pentanediol.
  • polyhydric alcohol compounds such as 1,2-hexanediol, 1,3-hexanediol, 1,4-hexanediol, 1,5-hexanediol, 1,6-hexanediol, 2,3-hexanediol, 2,4-hexanediol, glycerin, polyglycerin, diethanolamine, and triethanolamine; polyvalent amine compounds such as ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, polyallylamine, and polyethyleneimine; haloepoxy compounds; polyvalent amination compounds condensation products of a copolymer with a haloepoxy compound; oxazoline compounds such as 1,2-ethylenebisoxazoline; oxazolidinone compounds; 1,3-dioxolan-2-one (ethylene carbonate), 4-methyl-1,3-dioxolan-2-
  • the organic porous body of the present invention has a continuous skeleton formed by the crosslinked polymer and continuous pores.
  • the organic porous body is an organic porous body formed from the crosslinked polymer, and may be in the form of particles. Therefore, the organic porous body may be the crosslinked polymer in the form of particles.
  • the thickness of the continuous skeleton of the organic porous material in a dry state is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and even more preferably 1 ⁇ m or more. If the thickness is equal to or greater than the lower limit, the strength of the organic porous material and the water-absorbing material of the present invention itself can be improved.
  • the thickness is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and even more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the speed at which the water-absorbing material of the present invention absorbs liquids such as water can be improved.
  • the pore structure of the organic porous material is an open-cell structure
  • the cross section of the skeleton that appears in a test piece for electron microscope measurement of the water-absorbent material of the present invention is used as the thickness evaluation point.
  • the open-cell structure is a structure in which bubble-like macropores overlap each other.
  • the average diameter of the interconnected pores of the organic porous material in a dry state is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 1.0 ⁇ m or more, and even more preferably 2.0 ⁇ m or more.
  • the speed at which the water-absorbing material of the present invention absorbs liquids such as water can be improved.
  • the average diameter of the interconnected pores of the organic porous material in a dry state is preferably 1000 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or less, and even more preferably 50 ⁇ m or less.
  • the strength of the organic porous material and the water-absorbing material of the present invention itself can be improved.
  • the sample used to measure the thickness of the continuous skeleton and the average diameter of the continuous pores is the water-absorbing material of the present invention, which has been dried in a vacuum dryer at 50°C for 18 hours or more. The final pressure reached is 0 Torr.
  • the water-absorbent material of the present invention can be produced by a method for producing a water-absorbent material according to one embodiment of the present invention, which will be described later. Therefore, the water-absorbent material can contain a surfactant due to the surfactant remaining in the water-absorbent material.
  • the surfactant may be, for example, one of the surfactants listed as specific examples of the "first surfactant” and "second surfactant” described below.
  • the surfactant may be a single type or a mixture of two or more types.
  • the upper limit of the surfactant content is preferably 15 parts by mass or less, and more preferably 10 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the cross-linked polymer.
  • the lower limit of the surfactant content is not particularly limited, but can be, for example, 0.045 parts by mass or more, and preferably 0.090 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the cross-linked polymer.
  • the water-absorbing material of the present invention may contain a chelating agent.
  • the chelating agent may be, for example, a polycarboxylic acid and its salt.
  • the chelating agent is preferably a chelating agent having high ion-sequestering and chelating ability for Fe or Cu.
  • the chelating agent is a chelating agent having a stability constant for Fe ions of 10 or more, preferably 20 or more, and more preferably an aminopolycarboxylic acid and its salt.
  • the aminopolycarboxylic acid and its salt may be a polymer.
  • aminopolycarboxylic acids and their salts are aminocarboxylic acids and their salts having a lower limit of 3 or more, preferably 4 or more, more preferably 5 or more, and an upper limit of usually 100 or less, more preferably 20 or less, of carboxyl groups.
  • polycarboxylic acids examples include diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraaminehexaacetic acid, cyclohexane-1,2-diaminetetraacetic acid, N-hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, ethylene glycol diethyl ether diaminetetraacetic acid, ethylenediaminetetrapropionic acid, N-alkyl-N'-carboxymethylaspartic acid, and N-alkenyl-N'-carboxymethylaspartic acid, as well as alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, and amine salts thereof.
  • polycarboxylic acids diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraaminehexaacetic acid, N-hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, and their salts are most preferred.
  • One or more of the polycarboxylic acids can be used.
  • the content of the chelating agent, particularly the amino polycarboxylic acid is a trace component, typically 0.00001 to 10 parts by mass, preferably 0.0001 to 1 part by mass, and more preferably 0.01 to 0.5 parts by mass, per 100 parts by mass of the crosslinked polymer.
  • the inclusion of a chelating agent provides sufficient effects and/or additional functions, while maintaining the absorbent performance of the water-absorbing material.
  • the water-absorbing material of the present invention may contain inorganic fine particles, particularly water-insoluble inorganic fine particles, to prevent blocking during moisture absorption.
  • the inorganic fine particles include one or more selected from the group consisting of metal oxides such as silicon dioxide and titanium oxide, silicic acid (salts) such as natural zeolite and synthetic zeolite, kaolin, talc, clay, and bentonite.
  • metal oxides such as silicon dioxide and titanium oxide
  • silicic acid (salts) such as natural zeolite and synthetic zeolite, kaolin, talc, clay, and bentonite.
  • silicon dioxide and silicic acid (salts) are preferred, with silicon dioxide and silicic acid (salts) having an average particle size measured by the Coulter Counter method of 0.001 to 200 ⁇ m being even more preferred.
  • the water-absorbing material of the present invention may be imparted with deodorizing properties by incorporating zeolite, with zeolite having a SiO
  • the content of the inorganic fine particles is typically in the range of 0 to 10 parts by mass, preferably 0.001 to 5 parts by mass, and more preferably 0.002 to 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the crosslinked polymer.
  • the sufficient effects and/or additional functions of the inorganic fine particles can be obtained, and the absorption performance of the water-absorbing material can be maintained.
  • the water-absorbing material of the present invention may contain additives other than the surfactant, the chelating agent, and the inorganic fine particles, to the extent that the object of the present invention is not impaired.
  • the other additives mentioned above may include plant components, polyvalent metal salts of organic acids, complex hydrous oxides, reducing substances, antibacterial agents, deodorants, water-soluble polymers, water-insoluble polymers, water, organic fine particles, reducing agents, oxidizing agents, and inorganic salts.
  • the content of the other additives varies depending on the purpose and additional function.
  • the content of each additive is typically in the range of 0 to 10 parts by mass, preferably 0.001 to 5 parts by mass, and more preferably 0.002 to 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the crosslinked polymer.
  • One or more types of the additives can be used.
  • the full effects and/or additional functions of the additives can be obtained, while the absorbent performance of the water-absorbing material can be maintained.
  • CRC Centrifuge holding capacity
  • the CRC refers to the water absorption capacity (unit: g/g) after 0.2 g of the water-absorbing material is placed in a nonwoven bag, immersed in a large excess of 0.9% by mass sodium chloride aqueous solution for 30 minutes to allow free swelling, and then drained using a centrifuge (250 G).
  • the CRC can be measured, for example, by the method shown in the Examples.
  • the CRC of the water-absorbent material of the present invention is 25 g/g or less, preferably 23 g/g or less, and more preferably 20 g/g or less.
  • the CRC is 5 g/g or more, preferably 7 g/g or more, and more preferably 10 g/g or more. It is preferable that the CRC is equal to or greater than the lower limit from the viewpoint of maintaining the water absorption performance, such as the water absorption rate, of the water-absorbent material of the present invention.
  • the CRC value can be controlled by adjusting the water absorption capacity of the crosslinked polymer by changing the type and amount of the internal crosslinking agent, surface crosslinking agent, etc.
  • the bulk specific gravity of the water-absorbent material of the present invention is a parameter representing the mass per unit volume.
  • the bulk specific gravity is the mass (unit: [g/mL]) of the water-absorbent material when the water-absorbent material is allowed to fall freely into a 10 mL container and filled therewith.
  • the bulk density is less than 0.3 g/mL, preferably 0.27 g/mL or less, more preferably 0.25 g/mL or less, even more preferably 0.20 g/mL or less, and even more preferably 0.17 g/mL or less.
  • the bulk density being equal to or less than the upper limit means that the water-absorbing material of the present invention has a structure in which the interconnected pores are large and/or numerous, and as a result, both the water absorption rate and the water syneresis rate of the water-absorbing agent are improved.
  • the bulk specific gravity is preferably 0.05 g/mL or more, and more preferably 0.07 g/mL or more. Having the bulk specific gravity equal to or greater than the lower limit is preferable from the viewpoint of maintaining the water absorption performance, such as CRC, of the water-absorbent material of the present invention.
  • the water absorption rate of the water absorbent material of the present invention is expressed, for example, as a value measured by a method generally called the Vortex method (water absorption rate (Vortex): unit [seconds]).
  • the water absorption rate (Vortex) value of the water absorbent material of the present invention is preferably a small value, specifically, preferably 10 seconds or less, more preferably 7 seconds or less, even more preferably 5 seconds or less, and particularly preferably 2 seconds or less.
  • the water absorption rate (Vortex) value can be measured, for example, by the method described in the examples.
  • the free swelling capacity (FSC) of the water absorbent material of the present invention is an abbreviation for Free Swell Capacity, and refers to the water absorption capacity of the water absorbent material when suspended under no pressure. In this specification, FSC is measured in accordance with NWSP 240.0. R2(15).
  • the FSC value of the water absorbent material can be controlled by changing the type and amount of the internal crosslinking agent and surface crosslinking agent, etc., to adjust the water absorption capacity of the crosslinked polymer.
  • the FSC value is preferably 35 g/g or more, more preferably 40 g/g or more, and even more preferably 50 g/g or more. Furthermore, the FSC value is preferably 150 g/g or less, more preferably 120 g/g or less, and even more preferably 100 g/g or less. By ensuring that the FSC value is within the above range, the water absorption rate and water syneresis rate of the water-absorbent material of the present invention can be further improved.
  • a high value of the water syneresis rate means that the water absorbent material in a swollen state is more likely to release the liquid it has absorbed, and has an excellent water syneresis rate.
  • the value of the water syneresis rate can usually be 95% or less.
  • the pH of the water-absorbing material of the present invention is controlled to a range showing weak acidity, specifically, it may be in the range of 4.5 to 6.5, and preferably in the range of 5.0 to 6.0.
  • the pH can be controlled by adjusting the neutralization rate of the monomer composition, which is the raw material, to be within the above-mentioned range.
  • the pH can be measured by the method described in the Examples.
  • the water-absorbing material of the present invention is porous and may be particulate. Its mass-average particle diameter (D50) is preferably 100 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, more preferably 300 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less, and even more preferably 400 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less.
  • the mass-average particle diameter (D50) refers to the particle diameter of a standard sieve with a fixed mesh size, corresponding to 50% by mass of the total particles, as described in U.S. Patent No. 5,051,259. The D50 can be measured, for example, by the method described in the Examples.
  • the water-absorbent material of the present invention can be produced, for example, by a method for producing a water-absorbent material according to one embodiment of the present invention, which will be described later.
  • the water-absorbing material of the present invention is an organic porous material having a continuous skeleton and continuous pores formed primarily from a crosslinked polymer, and therefore has the ability to absorb and retain solutions (liquids). Therefore, it can be used in absorbents for hygiene products, and as mentioned above, it can be used in combination with existing superabsorbent polymers with excellent water-absorbing performance, such as water-absorbent resins. Furthermore, because the water-absorbing material of the present invention is a particulate porous material, it can be easily mixed with a particulate superabsorbent polymer (water-absorbent resin) to form a composition and used in absorbents, etc. Such a composite absorbent material containing the water-absorbing material of the present invention and water-absorbent resin particles is also included in the present invention.
  • a method for producing a water-absorbing material according to one embodiment of the present invention is a method for producing a water-absorbing material comprising an organic porous material having a continuous skeleton formed by a crosslinked polymer mainly composed of structural units derived from (meth)acrylic acid (salt) and continuous pores, and comprises the following steps: an O/W emulsion preparation step of incorporating a first solvent into an aqueous monomer solution having a neutralization rate of less than 70 mol% in the presence of a first surfactant so that the volume ratio of the first solvent to the aqueous monomer solution is 2.5 or more to obtain an O/W emulsion; an O/W/O emulsion preparation step of dispersing the O/W emulsion in a second solvent to obtain an O/W/O emulsion; and a polymerization step of polymerizing the monomers contained in the a
  • Water-absorbent material are used for the terms “crosslinked polymer,” “organic porous material,” and “water-absorbent material.”
  • the present invention aims to provide a water-absorbent material that can reduce skin irritation and other issues in the user compared to conventional water-absorbent materials, and that has excellent water absorption speed and water-separation rate.
  • the inventors have discovered that the water-retention capacity and bulk density of the water-absorbent material produced by the manufacturing method of the present invention are controlled within specific ranges, and that this water-absorbent material can solve the above-mentioned problems.
  • the inventors have discovered that by making the neutralization rate of the monomer lower than that of conventional monomers, it is possible to prepare an O/W emulsion having an O/W volume ratio of 2.5 or more, and to produce a water-absorbent material that can solve the above-mentioned problems.
  • the neutralization rate of the monomer here corresponds to the neutralization rate of the cross-linked polymer that constitutes the water-absorbent material being produced.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the O/W/O emulsion preparation step and polymerization step of the manufacturing method of the present invention.
  • the leftmost diagram in Figure 1 shows an O/W emulsion prepared in the O/W emulsion preparation step of the manufacturing method of the present invention.
  • the O/W emulsion has a first solvent 1 dispersed in an aqueous monomer solution 2, and the volume ratio of first solvent 1 to aqueous monomer solution 2 (O/W volume ratio) is 2.5 or greater.
  • the O/W emulsion prepared in the O/W emulsion preparation step is added to the second solvent 3 and emulsified. This results in the preparation of an O/W/O emulsion in which the O/W emulsion 4 is dispersed in the second solvent 3.
  • the first solvent is dispersed in the aqueous monomer solution. Furthermore, the O/W volume ratio in O/W emulsion 4 is the same as the O/W volume ratio in the O/W emulsion prepared in the O/W emulsion preparation step.
  • the monomers contained in the aqueous monomer solution in the O/W emulsion 4 are polymerized to form a crosslinked polymer.
  • the crosslinked polymer then forms the continuous skeleton that constitutes the organic porous material 5 prepared in the polymerization step.
  • the area where the first solvent is present becomes the continuous pores that constitute the organic porous material 5. Therefore, as shown in the rightmost diagram in Figure 1, the polymerization step prepares an organic porous material that has a continuous skeleton formed by the crosslinked polymer and a structure in which continuous pores are dispersed within.
  • the manufacturing method of the present invention produces a water-absorbing material that includes an organic porous material having the continuous skeleton and the continuous pores.
  • the organic porous material 5 in Figure 1 can be a water-absorbing material.
  • an aqueous monomer solution with a neutralization rate of less than 70 mol% is used as a raw material.
  • the neutralization rate of the aqueous monomer solution is the ratio (unit: mol%) of the number of moles of neutralized monomer to the number of moles of all monomers (excluding internal crosslinking agents) in the aqueous monomer solution containing the monomer composition, and is the neutralization rate of the crosslinked polymer obtained from the aqueous monomer solution. Therefore, the water-absorbing material manufactured by the manufacturing method of the present invention is controlled to be weakly acidic, and can, for example, cause less skin irritation and other problems to users of the water-absorbing material than conventional water-absorbing materials.
  • the manufacturing method of the present invention can produce a water-absorbent material containing an organic porous material without undergoing hydrolysis. Therefore, the manufacturing method of the present invention does not require the use of excess alkali, which is essential for hydrolysis. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, a water-absorbent material containing an organic porous material can be produced while arbitrarily adjusting the neutralization rate to a small value of less than 70 mol%, and as a result, as mentioned above, it is possible to reduce skin roughness and other problems in users of the water-absorbent material.
  • the continuous pores of the organic porous material 5 are formed in areas where the first solvent dispersed in the O/W emulsion 4 is present.
  • the O/W volume ratio in the O/W emulsion 4 is 2.5 or more. Therefore, the proportion of continuous pores in the organic porous material 5 is large. In other words, in the organic porous material 5, the portion of the entire water-absorbent material occupied by the continuous skeleton is small, and the portion occupied by the continuous pores is large.
  • Water-absorbent material when the interconnected pores account for a large proportion of the material, the material is more likely to absorb the liquid and more likely to release the liquid when centrifugal force (pressure) is applied. Therefore, a water-absorbent material containing organic porous material 5 has improved water absorption speed and water separation rate.
  • the manufacturing method of the present invention can reduce skin irritation and other issues experienced by users of the water-absorbent material compared to conventional water-absorbent materials, and can produce a water-absorbent material that has excellent water absorption speed and water-separation rate.
  • an O/W emulsion having an O/W volume ratio adjusted to 2.5 or greater is prepared by using an aqueous monomer solution with a neutralization rate of less than 70 mol% as a raw material.
  • the O/W emulsion is then dispersed in a second solvent to form an O/W/O emulsion, where the monomers contained in the aqueous monomer solution are polymerized to produce a water-absorbing material containing an organic porous material.
  • particle size is controlled at the O/W/O emulsion stage to produce a water-absorbing material containing an organic porous material.
  • the manufacturing method of the present invention can produce a water-absorbing material having a predetermined particle size without crushing the resulting organic porous material. It is known that crushing an organic porous material results in a large amount of fine powder being produced as a by-product, reducing productivity. Therefore, the manufacturing method of the present invention can produce a water-absorbing material having a predetermined particle size while avoiding the reduction in productivity caused by the by-production of a large amount of fine powder.
  • the O/W emulsion preparation step of the production method of the present invention is a step of obtaining an O/W emulsion by incorporating a first solvent into an aqueous monomer solution having a neutralization rate of less than 70 mol % in the presence of a first surfactant so that the volume ratio of the first solvent to the aqueous monomer solution is 2.5 or more.
  • the aqueous monomer solution is an aqueous solution containing monomers that are raw materials for the water-absorbing material to be produced, and optionally an internal cross-linking agent, etc.
  • the concentration of the monomers in the aqueous monomer solution is usually preferably 30% by mass to the saturated concentration, more preferably 35 to 45% by mass, based on the total mass of the aqueous monomer solution.
  • the water used in the aqueous monomer solution is not particularly limited, and examples thereof include tap water, distilled water, and ion-exchanged water.
  • the production method of the present invention may also include a monomer aqueous solution preparation step, prior to the O/W emulsion preparation step, of preparing the monomer aqueous solution.
  • This step involves dissolving the monomer and, optionally, an internal crosslinking agent, etc., in water to prepare the monomer aqueous solution.
  • This step may also include adjusting the neutralization rate of the monomer aqueous solution.
  • Known methods can be used to adjust the neutralization rate.
  • one such method is to neutralize the acid group of (meth)acrylic acid (salt), which is the main component of the monomer in the production method of the present invention, using a compound containing an alkali metal.
  • the alkali metal include lithium, sodium, and potassium. Of these alkali metals, sodium and potassium are preferred.
  • One or more of the alkali metals can be used.
  • the acid groups can be neutralized by, for example, adding dropwise an aqueous solution of a compound containing an alkali metal, such as sodium hydroxide and/or potassium hydroxide, to the monomer or an aqueous solution containing the monomer, and mixing.
  • concentration of the compound containing an alkali metal in the aqueous solution is not particularly limited, but is typically about 20 to 50% by mass.
  • the monomer and internal cross-linking agent in the aqueous monomer solution can be found in the ⁇ Monomer> and ⁇ Internal cross-linking agent> sections of [2-1. Cross-linked polymer] in [2. Water-absorbing material]. Note that the "neutralization rate of cross-linked polymer" in the ⁇ Monomer> section corresponds to the "neutralization rate of aqueous monomer solution,” and the "content” corresponds to the "amount used" in the production method of the present invention.
  • a preferred example of the aqueous monomer solution is an aqueous monomer solution containing an internal crosslinking agent, wherein the internal crosslinking agent is at least one selected from the group consisting of a polyfunctional acrylate crosslinking agent, an acrylamide crosslinking agent, and a glycidyl ether crosslinking agent.
  • the polymerization initiator can be added to one or more of the aqueous monomer solution, the O/W emulsion, and the O/W/O emulsion at any time before the polymerization step.
  • the polymerization initiator is preferably added to the aqueous monomer solution in advance to ensure uniform dispersion.
  • a water-soluble radical polymerization initiator can be used as the polymerization initiator.
  • examples include persulfates such as potassium persulfate, sodium persulfate, and ammonium persulfate; azo polymerization initiators such as 2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride and 2,2'-azobis(2-(2-imidazolin-2-yl)propane) dihydrochloride; and hydrogen peroxide.
  • the polymerization initiators that can be used in the production method of the present invention are not limited to the exemplified polymerization initiators.
  • the polymerization initiator is preferably an azo initiator and/or a persulfate. One or more types of polymerization initiators can be used.
  • the amount of polymerization initiator used is usually preferably 0.05 to 10 millimoles per mole of total monomers contained in the aqueous monomer solution.
  • the first surfactant used in the O/W emulsion preparation step is not particularly limited as long as it can prepare the O/W emulsion.
  • the first surfactant include nonionic surfactants such as polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymer, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxypropylene alkyl ether, hydrophobically modified polyether urethane, hydrophobically modified polyester urethane, polyoxyethylene glycerin monostearate, polyoxyethylene glycerin monoisostearate, rosin ester, and polyoxyethylene rosin ester; and anionic surfactants such as sodium lauryl sulfate and polyoxyethylene sodium lauryl sulfate.
  • the first surfactant is preferably a polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymer.
  • One or more types of first surfactants can be used.
  • a polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymer as the first surfactant is preferable because it has the advantage of improving stability during polymerization in the polymerization step described below and allowing the formation of a large number of interconnected pores.
  • a polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer can be used as the polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymer.
  • the weight average molecular weight of the polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer is preferably 3,000 or more, more preferably 5,000 or more, from the viewpoints of improving stability during polymerization in the polymerization step described below and forming a large number of interconnected pores. Furthermore, from the viewpoints of improving water solubility and workability, the weight average molecular weight is preferably 100,000 or less, more preferably 30,000 or less. From these viewpoints, the weight average molecular weight is preferably 3,000 to 100,000, more preferably 5,000 to 30,000.
  • the polyoxyethylene content of the polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer is preferably 40% by mass or more, and more preferably 45% by mass or more.
  • the O/W/O emulsion can be maintained in a good emulsified state, making it easier to form continuous pores inside the particles.
  • the content is preferably 90% by mass or less, and more preferably 85% by mass or less. From these viewpoints, the content is preferably 40 to 90% by mass, and more preferably 45 to 85% by mass.
  • Polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymers are readily available industrially. Representative examples include the "ADEKA PLURONIC” (registered trademark) series manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., the "PLURONIC” (registered trademark) series manufactured by BASF, and the "NEUPOL” (registered trademark) series manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. These polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymers may be used alone or in combination of two or more types.
  • the amount of the first surfactant used is preferably 0.1 parts by mass or more, and more preferably 0.5 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution, from the viewpoint of facilitating dispersion of the first solvent in the aqueous monomer solution. Furthermore, adding an excessive amount of the first surfactant tends to result in a commensurate effect being less than economical, so the amount of the first surfactant used is preferably 15 parts by mass or less, and more preferably 10 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution.
  • the amount of the first surfactant used is preferably 0.1 to 15 parts by mass, and more preferably 0.5 to 10 parts by mass, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution.
  • the destination or timing of addition of the first surfactant there are no particular limitations on the destination or timing of addition of the first surfactant, as long as it is used during the preparation of the O/W emulsion.
  • the first solvent used in the O/W emulsion preparation step is not particularly limited as long as it is a hydrophobic organic solvent and can be dispersed in the aqueous monomer solution to obtain an O/W emulsion.
  • the phrase "the first solvent is dispersed in the aqueous monomer solution" means that the first solvent is contained in the aqueous monomer solution.
  • the first solvent is preferably a hydrocarbon organic solvent, such as one or more solvents selected from the group consisting of n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclohexane, and methylcyclohexane.
  • n-pentane n-hexane
  • n-heptane n-octane
  • cyclohexane cyclohexane
  • methylcyclohexane methylcyclohexane.
  • one or more solvents selected from the group consisting of n-hexane, n-heptane, and cyclohexane are more preferred because they are easily available industrially, have stable quality, and are relatively inexpensive.
  • the O/W volume ratio in the O/W emulsion preparation step is 2.5 or more, where the O/W volume ratio is the volume (mL) of the first solvent/the volume (mL) of the aqueous monomer solution in the O/W emulsion.
  • the O/W volume ratio is preferably 2.5 or more, more preferably 2.8 or more, even more preferably 3.0 or more, even more preferably 3.2 or more, and even more preferably 5.0 or more. Furthermore, when the O/W volume ratio is a specific value or less, the emulsification is stabilized, the aqueous monomer solution can sufficiently encapsulate the first solvent, and the O/W emulsion can be successfully prepared. From this viewpoint, the O/W volume ratio is preferably 15.0 or less, and more preferably 10.0 or less.
  • the viscosity of the aqueous monomer solution at 25°C is preferably 500 mPa ⁇ s or more, more preferably 1000 mPa ⁇ s or more, from the viewpoint of increasing the porosity of the particles obtained by stabilizing the O/W emulsion.
  • the viscosity of the aqueous monomer solution can be adjusted, for example, using a polymeric thickener.
  • Preferably used polymeric thickeners include, for example, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, guar gum, gum arabic, glucomannan, dextrin, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, and partially neutralized polyacrylic acid. This is because these polymeric thickeners can impart a relatively high viscosity to the aqueous monomer solution even when used in small amounts.
  • One or more types of polymeric thickeners can be used.
  • the method for preparing the O/W emulsion in the O/W emulsion preparation step is not particularly limited, and examples of the method include a method of mixing the aqueous monomer solution with a first surfactant and gradually adding a first solvent to the resulting mixture while stirring it.
  • the liquid temperature of the aqueous monomer solution when preparing the O/W emulsion is preferably 30°C or less, more preferably 15 to 25°C, from the viewpoint of the stability of the O/W emulsion.
  • a stirring device or the like may be used when preparing the O/W emulsion.
  • the stirring device may be, for example, a device capable of finely emulsifying, such as a homomixer, or a general stirring blade such as a paddle, propeller, or screw type. With either stirring device, the number and size of pores in the resulting particles can be appropriately adjusted by adjusting the stirring speed, etc.
  • the O/W/O emulsion preparation step of the production method of the present invention is a step of dispersing the O/W emulsion prepared in the O/W emulsion preparation step in a second solvent to obtain an O/W/O emulsion.
  • the second solvent contains a second surfactant.
  • the second solvent used in the O/W/O emulsion preparation step is a dispersion medium for the O/W emulsion.
  • the second solvent is a hydrophobic organic solvent and is not particularly limited as long as it can disperse the O/W emulsion to obtain an O/W/O emulsion.
  • the second solvent is preferably a hydrocarbon organic solvent, such as one or more solvents selected from the group consisting of n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclohexane, and methylcyclohexane. Of these, one or more solvents selected from the group consisting of n-hexane, n-heptane, and cyclohexane are more preferred because they are easily available industrially, have stable quality, and are relatively inexpensive.
  • the first solvent and the second solvent may be the same type, or different types. It is preferable that the first solvent and the second solvent are the same type, as this makes it easier to reuse the solvent recovered in the drying process described below.
  • the second surfactant examples include sucrose fatty acid esters, (poly)glycerin fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene glycerin fatty acid esters, sorbitol fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitol fatty acid esters, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkylphenyl ethers, polyoxyethylene castor oil, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, alkylaryl formaldehyde condensed polyoxyethylene ethers, polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymers, polyoxyethylene polyoxypropyl alkyl ethers, polyethylene glycol fatty acid esters, alkyl glucosides, N-alkyl gluconamides, polyoxyethylene fatty acid amides, polyoxyethylene alkylamines, phosphate esters of polyoxyethylene alkyl ethers, and
  • the second surfactant is preferably at least one selected from the group consisting of sucrose fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, sorbitol fatty acid esters, and polyglycerin fatty acid esters, with sucrose fatty acid esters being more preferred due to their superior safety.
  • the amount of the second surfactant used is preferably 0.5 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution, from the viewpoint of ensuring stability during polymerization in the polymerization step described below. Furthermore, the amount of the second surfactant used is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution. This is because adding an excessive amount of the second surfactant does not provide a commensurate effect and tends to be uneconomical. From these viewpoints, the amount of the second surfactant is preferably 0.5 to 10 parts by mass, more preferably 1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution.
  • the method for preparing the O/W/O emulsion in the O/W/O emulsion preparation step is not particularly limited.
  • the method may include adding the O/W emulsion to the second solvent while stirring the emulsion by a liquid-transfer device such as a tube pump.
  • the device used for stirring is not particularly limited, and for example, a paddle-type stirring blade used for stirring in a flask can be used.
  • the polymerization step in the production method of the present invention is a step of preparing an organic porous material by polymerizing the monomers contained in the aqueous monomer solution in the O/W/O emulsion prepared in the O/W/O emulsion preparation step.
  • the reaction temperature at which the monomer polymerization reaction is carried out in the polymerization step cannot be determined in general terms, as it differs depending on factors such as the type of polymerization initiator used.
  • the reaction temperature is preferably 40 to 100°C, more preferably 50 to 80°C, from the viewpoint of promoting rapid polymerization and shortening the polymerization time, thereby improving economic efficiency, while also conducting the polymerization reaction without boiling the first or second organic solvent.
  • Suitable polymer dispersion stabilizers include maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polypropylene, maleic anhydride-modified ethylene-propylene copolymer, maleic anhydride-modified ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), maleic anhydride-modified polybutadiene, maleic anhydride-ethylene copolymer, maleic anhydride-propylene copolymer, maleic anhydride-ethylene-propylene copolymer, maleic anhydride-butadiene copolymer, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, oxidized polyethylene, oxidized polypropylene, oxidized ethylene-propylene copolymer, ethylene-acrylic
  • polymer dispersion stabilizers include maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polypropylene, maleic anhydride-modified ethylene-propylene copolymer, maleic anhydride-ethylene copolymer, maleic anhydride-propylene copolymer, maleic anhydride-ethylene-propylene copolymer, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, oxidized polyethylene, oxidized polypropylene, and oxidized ethylene-propylene copolymer.
  • the polymer dispersion stabilizer may be one type, or a mixture of two or more types. Furthermore, these polymer dispersion stabilizers may be used in combination with the second surfactant.
  • the amount of the polymer dispersion stabilizer used is preferably 0.5 parts by mass or more, and more preferably 1 part by mass or more, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution. Furthermore, the amount of the polymer dispersion stabilizer used is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the aqueous monomer solution. Adding an excessive amount of the polymer dispersion stabilizer may not provide a commensurate effect and may even be uneconomical.
  • the reaction time for the polymerization reaction is not particularly limited, but is usually about 0.5 to 3 hours.
  • the organic porous material is usually obtained in the form of hydrogel particles by the polymerization step.
  • the manufacturing method of the present invention may include a post-crosslinking step in which a post-crosslinking reaction is carried out on the organic porous material obtained by the polymerization step.
  • the post-crosslinking step post-crosslinks, i.e., surface-crosslinks, the crosslinked polymer constituting the organic porous material.
  • the post-crosslinking step yields an organic porous material formed from the surface-crosslinked crosslinked polymer and the continuous pores.
  • the organic porous material obtained by the post-crosslinking step is also referred to as the "organic porous material after surface-crosslinking.”
  • post-crosslinking agent a crosslinking agent capable of reacting with the reactive group in the crosslinked polymer can be used.
  • post-crosslinking agent examples include polyols such as ethylene glycol, propylene glycol, trimethylolpropane, glycerin, (poly)oxyethylene glycol, polyoxypropylene glycol, and polyglycerin; ether compounds with two or more glycidyl groups such as (poly)ethylene glycol diglycidyl ether, (poly)propylene glycol diglycidyl ether, and (poly)glycerin triglycidyl ether; and compounds with two or more reactive functional groups such as haloepoxy compounds such as epichlorohydrin, epibromohydrin, and ⁇ -methylepichlorohydrin. These can be used alone or in combination of two or more.
  • (poly)ethylene glycol diglycidyl ether is preferred.
  • the amount of post-crosslinking agent used cannot be determined in general terms, as it varies depending on the water content of the crosslinked polymer and the processing temperature. Note that the water content of the crosslinked polymer is the same as the water content of the organic porous material.
  • the post-crosslinking agent may be added at any time after the polymerization reaction is complete.
  • the addition time is preferably when the water content of the crosslinked polymer is 10% by mass or more, and more preferably when it is 20% by mass or more.
  • the addition time is preferably when the water content of the crosslinked polymer is 80% by mass or less, and more preferably when it is 65% by mass or less.
  • the post-crosslinking agent is preferably added when the water content of the crosslinked polymer is 10 to 80% by mass, and more preferably when it is 20 to 65% by mass.
  • the post-crosslinking step may include a dehydration treatment for removing water from the crosslinked polymer to adjust its water content before adding the post-crosslinking agent to the crosslinked polymer.
  • a known method may be used as the dehydration method. For example, a method of distilling off water and a hydrophobic organic solvent using an azeotropic distillation column may be used.
  • the water content and solid content in the hydrogel i.e., the solid content of the crosslinked polymer, can be calculated from the amounts of raw material compounds such as monomers charged in the polymerization reaction and the amount of water removed in the dehydration and drying processes described below.
  • the post-crosslinking reaction in the post-crosslinking step can be carried out, for example, by adding a solution of a post-crosslinking agent to a hydrogel adjusted to a predetermined water content obtained by subjecting a hydrogel after completion of the polymerization reaction to the dehydration treatment.
  • the solution of the post-crosslinking agent is, for example, a solution in which the post-crosslinking agent is dissolved in water or alcohol, and the concentration of the post-crosslinking agent is 0.5 to 50% by mass.
  • drying may be carried out immediately after adding the post-crosslinking agent solution, and it is more preferable to maintain the internal temperature at 50 to 90°C for 0.5 to 6 hours to promote the post-crosslinking reaction.
  • the internal temperature refers to the temperature of the hydrogel after adding the post-crosslinking agent solution, i.e., the temperature of the mixture of the post-crosslinking agent solution and the hydrogel.
  • the production method of the present invention may include a drying step of removing water and the hydrophobic organic solvent from the organic porous material obtained by the polymerization step or the surface-crosslinked organic porous material obtained by the post-crosslinking step.
  • Known methods can be used to remove the water and hydrophobic organic solvent. Examples of such methods include distilling off the water and hydrophobic organic solvent using an azeotropic distillation column, filtration, and drying under reduced pressure. Only one method may be used, or two or more methods may be combined. By carrying out the drying step, a water-absorbing material with a low moisture content and in a dry state can be successfully produced.
  • the production method of the present invention may include a chelating agent mixing step of mixing the aqueous monomer solution or the organic porous material with a chelating agent.
  • the organic porous material may be the organic porous material obtained in the polymerization step, or may be a surface-crosslinked organic porous material obtained after the post-crosslinking step.
  • the type and amount of chelating agent used in the chelating agent mixing step are not particularly limited, and the description regarding the type and content of chelating agent shown in [2. Water-absorbing material], section [2-4. Chelating agent] above can be used.
  • the production method of the present invention may include an inorganic fine particle mixing step of mixing the organic porous material with inorganic fine particles.
  • the organic porous material may be the organic porous material obtained in the polymerization step, or may be a surface-crosslinked organic porous material obtained after the post-crosslinking step.
  • the type and amount of inorganic fine particles used in the inorganic fine particle addition step are not particularly limited, and the description regarding the type and content of inorganic fine particles shown in [2. Water-absorbing material] section [2-5. Inorganic fine particles] above can be used.
  • the production method of the present invention may include a step of mixing the organic porous material with other additives.
  • the organic porous material may be the organic porous material obtained in the polymerization step, or may be a surface-crosslinked organic porous material obtained after the post-crosslinking step.
  • the production method of the present invention may include a recovery step of separating and recovering fine powder from the produced organic porous material.
  • the separated fine powder may be added to each step, such as the O/W emulsion preparation step and the O/W/O emulsion preparation step, for reuse.
  • One embodiment of the present invention may include the inventions set forth in [1] to [13] below.
  • a water-absorbing material comprising an organic porous material having a continuous skeleton formed by a crosslinked polymer mainly composed of structural units derived from (meth)acrylic acid (salt) and continuous pores, Centrifuge retention capacity (CRC) is 5 to 25 g/g; The bulk density is less than 0.3 g/ml, and A water-absorbing material, wherein the neutralization rate of the crosslinked polymer is less than 70 mol %.
  • Water separation rate [%] ⁇ (FSC [g/g] - CRC [g/g])/FSC [g/g] ⁇ x 100... (1)
  • [5] The water-absorbing material according to any one of [1] to [4], wherein the water-absorbing material contains a chelating agent.
  • a method for producing a water-absorbing material comprising an organic porous material having a continuous skeleton formed by a crosslinked polymer mainly composed of structural units derived from (meth)acrylic acid (salt) and continuous pores, an O/W emulsion preparation step of incorporating a first solvent into an aqueous monomer solution having a neutralization rate of less than 70 mol% in the presence of a first surfactant so that the volume ratio of the first solvent to the aqueous monomer solution is 2.5 or more to obtain an O/W emulsion; an O/W/O emulsion preparation step of dispersing the O/W emulsion in a second solvent to obtain an O/W/O emulsion; and a polymerization step of polymerizing the monomers contained in the aqueous monomer solution in the O/W/O emulsion to prepare an organic porous material;
  • a method for producing a water-absorbing material comprising:
  • the aqueous monomer solution contains a polymerization initiator, The method for producing a water-absorbing material according to [7], wherein the polymerization initiator is an azo-based initiator and/or a persulfate.
  • the aqueous monomer solution contains an internal crosslinking agent
  • a composite absorbent body comprising the water-absorbing material described in any one of [1] to [6] and water-absorbent resin particles.
  • CRC ⁇ Centrifuge holding capacity
  • ⁇ Bulk specific gravity> The water-absorbing material was poured into a cylindrical plastic container with a volume of 10 mL (inner diameter 2.5 cm) until it was piled high and spilled outside the container, and then the water-absorbing material was leveled off at the top of the container using a flat leveling rod. During this process, the container was worked on with as little vibration as possible to prevent the water-absorbing material from being packed tightly inside the container. Thereafter, the weight of the water-absorbing material packed into the container was calculated from the change (difference) in the weight of the container before and after filling it with the water-absorbing material. The bulk specific gravity (unit: g/mL) of the water-absorbing material was calculated by dividing this weight by the volume (10 mL) of the container.
  • a food additive was added to 1,000 parts by weight of a 0.90 wt % aqueous sodium chloride solution (physiological saline), and the liquid temperature was adjusted to 30° C. 50 ml of the physiological saline was measured and placed in a 100 m
  • the endpoint of the water absorption rate measurement was determined in accordance with the standards set forth in JIS K 7224-1996, "Explanation of Test Method for Water Absorption Rate of Super Absorbent Resins," and the time (vortex: seconds) until the sample absorbed the saline solution and covered the stirrer tip with the test liquid was measured as the water absorption rate (seconds).
  • FSC Free Swelling Ratio
  • ⁇ Separation rate> Using the CRC and FSC of the water-absorbent material, the water syneresis rate of the water-absorbent material was calculated based on the following formula (1).
  • Water separation rate [%] ⁇ (FSC [g/g] - CRC [g/g])/FSC [g/g] ⁇ x 100... (1) ⁇ pH>
  • the pH of the water-absorbing material was measured in accordance with NWSP 200.0. R2 (15). Specifically, 100 ml of a 0.90% by mass sodium chloride aqueous solution at 23 ° C was weighed into a beaker.
  • 0.5 g of water-absorbing material was added to the sodium chloride aqueous solution while stirring the sodium chloride aqueous solution in the beaker at 150 rpm using a cylindrical stirrer having a length of 40 mm and a diameter (diameter of the cross section perpendicular to the length of the cylinder) of 8 mm. Subsequently, the sodium chloride aqueous solution was stirred for 10 minutes to allow the water-absorbing material to swell. Thereafter, a pH electrode was inserted into the sodium chloride aqueous solution, and the pH was read when the value stabilized.
  • Mass average particle diameter (D50) The mass-average particle diameter (D50) of the water-absorbing material was measured in accordance with "(3) Mass-Average Particle Diameter (D50) and Logarithmic Standard Deviation ( ⁇ ) of Particle Diameter Distribution" described in columns 27 and 28 of U.S. Pat. No. 7,638,570.
  • the samples before and after the damage test were sieved through a JIS standard sieve with 150 ⁇ m openings, and the ratio of the fine powder that passed through the sieve to the test sample was taken as the amount of fine powder (wt%), and the increase in the amount of fine powder before and after the test (amount of fine powder after the test - amount of fine powder before the test) was calculated.
  • Example 1 Preparation of O/W Emulsion A 1000 mL four-neck separable flask (1) (hereinafter referred to as "flask (1)") equipped with a stirrer, a dropping funnel, a fluororesin tube for nitrogen gas injection, and a thermometer was prepared. 16.85 g of acrylic acid, 39.63 g of a 37% by mass aqueous solution of sodium acrylate, and 2.00 g of methylenebisacrylamide were charged into the flask (1). The neutralization rate of the acrylic acid (salt) was 40 mol%. Subsequently, 0.64 g of hydroxyethyl cellulose was added to the flask (1) and stirred.
  • Aqueous solution A was prepared by dissolving 2.27 g of polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymer (manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., trade name: Adeka Pluronic F-108, mass average molecular weight: 15,500) in 21.61 g of ion-exchanged water. Furthermore, aqueous solution B was prepared by dissolving 0.05 g of 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride in 2.59 g of ion-exchanged water.
  • Aqueous solution A and aqueous solution B were added to the flask (1), mixed, and dissolved to prepare an aqueous monomer solution.
  • 433.3 g (646 mL) of n-heptane was added dropwise to the aqueous monomer solution at a flow rate of 11 mL/min.
  • flask (2) Preparation of O/W/O Emulsion A 2000 mL four-neck separable flask (2) (hereinafter referred to as "flask (2)") equipped with a stirrer, a reflux condenser, a fluororesin tube for nitrogen gas injection, and a thermometer was prepared, and 670 g (1000 mL) of n-heptane was poured into the flask (2).
  • sucrose fatty acid ester manufactured by Mitsubishi Chemical Foods Corporation, product name: S-370
  • maleic anhydride-modified polyethylene manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., product name: HI-WAX1105A
  • the solvent was removed from the slurry by filtering using a sieve with 125 ⁇ m openings to obtain a filtrate.
  • the filtrate was dried under reduced pressure at 60°C for 2 hours to produce 35 g of an organic porous material with a mass average particle size of 554 ⁇ m.
  • This organic porous material was designated Water Absorbent Material 1.
  • Example 2 Except for the changes shown in (i) and (ii) below, an organic porous material was produced by the same method as in Example 1.
  • the neutralization rate of the acrylic acid (salt) used in Example 2 was 50 mol %.
  • the produced organic porous material had a mass average particle diameter of 524 ⁇ m and a mass of 34 g.
  • This organic porous material was designated water absorbent material 2.
  • Example 3 Except for the changes shown in (iii) and (iv) below, an organic porous material was produced by the same method as in Example 2.
  • the neutralization rate of the acrylic acid (salt) used in Example 3 was 50 mol %, the same as in Example 2.
  • the produced organic porous material had a mass average particle diameter of 542 ⁇ m and a mass of 34 g.
  • This organic porous material was designated water absorbent material 3.
  • Example 4 Except for the changes shown in (v) and (vi) below, an organic porous material was produced by the same method as in Example 2.
  • the neutralization rate of the acrylic acid (salt) used in Example 4 was 50 mol%, the same as in Example 2.
  • the produced organic porous material had a mass average particle diameter of 478 ⁇ m and a mass of 33 g. This organic porous material was designated water absorbent material 4.
  • Example 5 Except for the changes shown in (vii) and (viii) below, an organic porous material was produced by the same method as in Example 1.
  • the neutralization rate of the acrylic acid (salt) used in Example 5 was 60 mol %.
  • the produced organic porous material had a mass average particle diameter of 488 ⁇ m and a mass of 35 g. This organic porous material was designated water absorbent material 5.
  • Example 6 The organic porous material obtained in Example 2 was subjected to the following steps (ix) and (x) to prepare an organic porous material.
  • (ix) 1.0 part by mass of pure water and 0.01 part by mass of diethylenetriaminepentaacetic acid trisodium salt (DTPA 3Na) were uniformly mixed with 100 parts by mass of the organic porous material obtained in Example 2.
  • the mixture was then heat-treated at 60°C for 45 minutes in a windless environment and crushed until it passed through a JIS standard sieve with an opening of 850 ⁇ m.
  • the produced organic porous material had a mass average particle diameter of 520 ⁇ m. This organic porous material was designated as water absorbent material 6.
  • the aqueous monomer solution and n-heptane did not emulsify during preparation of the O/W emulsion, resulting in phase separation, making it impossible to produce an organic porous material.
  • the resulting emulsion was quickly transferred to a reaction vessel, sealed, and left to stand at 60°C for 24 hours to polymerize the monomers in the emulsion.
  • the contents of the reaction vessel were removed and roughly crushed into 1 cm cubes.
  • the contents were then extracted with methanol to obtain an extract.
  • the extract was then dried under reduced pressure to obtain a dried product.
  • the resulting dried material was immersed in dichloroethane containing zinc bromide, then stirred at 40°C for 24 hours.
  • the dried material was then contacted with methanol, 4% hydrochloric acid, 4% aqueous sodium hydroxide solution, and water, in that order, to hydrolyze the dried material.
  • the resulting hydrolyzed material was dried, pulverized, and classified to obtain an organic porous material with a mass average particle size in the range of 500 to 850 ⁇ m.
  • This organic porous material was designated Comparative Water Absorbent Material 1.
  • the methods for producing the water-absorbent materials of Examples 1 to 6 have a neutralization rate of less than 70 mol% for the aqueous monomer solution and an O/W volume ratio of 2.5 or more for the O/W emulsion, satisfying the requirements for the production method of the present invention. Therefore, the methods for producing the water-absorbent materials of Examples 1 to 6 fall under the production method of the present invention.
  • the water-absorbent material of the present invention can be produced using the manufacturing method of the present invention.
  • Water Absorbent Materials 1 to 6 have a pH of 4.7 to 5.6, making them weakly acidic. This shows that Water Absorbent Materials 1 to 6 are better able to reduce skin irritation and other issues for users than conventional water absorbent materials. Furthermore, Water Absorbent Materials 1 to 6 have sufficiently small Vortex values and sufficiently high water release rates, making them excellent in both water absorption speed and water release rate.
  • the water-absorbent material of the present invention can reduce skin irritation and other issues in users more than conventional water-absorbent materials, and is superior in both water absorption speed and water separation rate. It was also found that the manufacturing method of the present invention can be used to manufacture the water-absorbent material.
  • Comparative Example 1 shows that with the manufacturing method of the present invention, by adjusting the neutralization rate of the aqueous monomer solution to less than 70 mol%, it is possible to produce a water-absorbent material even when the O/W volume ratio is 2.5 or higher.
  • the present invention can be preferably used in applications requiring less skin irritation and other issues for users than conventional absorbent materials, as well as high water absorption speed and high water release rate.
  • applications include use as a substitute for hydrophilic fibers such as pulp that are conventionally used in sanitary materials such as disposable diapers and sanitary napkins, incontinence pads such as absorbent shorts/pads, and breast pads, or as a water-absorbent polymer in the above-mentioned sanitary materials.
  • soil water retention agents include, for example, soil water retention agents, seedling raising sheets, seed coating materials, anti-condensation sheets, drip absorbents, freshness-preserving materials, disposable warmers, cooling bandanas, ice packs, medical waste liquid solidifying agents, soil surplus solidifying agents, water-damage preventing waste liquid gelling agents, water-absorbing sandbags, portable disaster toilets, compresses, thickeners for cosmetics, water-stopping materials for electrical and electronic materials and communication cables, gasket packing, sustained-release agents for fertilizers, various sustained-release agents (air disinfectants, air fresheners, etc.), pet sheets, cat litter, wound protection dressings, anti-condensation building materials, and oil moisture removers.

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Abstract

(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有し、遠心分離機保持容量(CRC)が、5~25g/gであり、嵩比重が、0.3g/ml未満であり、かつ、前記架橋重合体の中和率が70モル%未満である、吸水材を提供する。当該吸水材は、使用者の肌荒れ等を従来の吸水材よりも低減することができ、かつ、吸水速度および離水率に優れる。

Description

吸水材および吸水材の製造方法
 本発明は、吸水材および吸水材の製造方法に関する。
 現在、紙オムツおよび生理用ナプキン、いわゆる失禁パッド等の衛生材料には、その構成材として、体液を吸収させることを目的とした吸水性樹脂及びパルプ等の親水性繊維を含む混合物が幅広く使用されている。一方、近年、衛生材料の吸水性能をより向上させるために、当該衛生材料の構成材として、吸水速度により優れる吸水材を使用する技術の開発が進められている。
 ここで、前記吸水材として、例えば、特許文献1に記載の連続骨格と連続空孔とからなるモノリス状有機多孔質イオン交換体(吸水材)が知られている。なお、前記モノリス状有機多孔質イオン交換体は、(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有する化合物との架橋重合体を加水分解することによって製造される加水分解物である。
 また、前記加水分解以外の方法で製造される、連続骨格と連続空孔からなる吸水材として、例えば、特許文献2に記載の吸水性ポリマー粒子が知られている。前記吸水性ポリマー粒子は、具体的には、以下の(a)および(b)の工程を含む方法によって製造される。
 (a)水溶性エチレン性不飽和単量体水溶液に、第1界面活性剤の存在下、第1溶媒を内包させ、O/Wエマルジョンを得る工程
 (b)工程(a)で得られたO/Wエマルジョンを、第2界面活性剤を含有する第2溶媒に分散させてO/W/Oエマルジョンを得る工程
日本国特開2021-007900号公報 日本国特開2006-342306号公報
 一方、特許文献1に記載のモノリス状有機多孔質イオン交換体は、加水分解物であり、製造時に過剰量のアルカリ成分が使用され、構成成分である(メタ)アクリル酸が当該アルカリ成分により100%中和されている。そのため、前記モノリス状有機多孔質イオン交換体中には、洗浄後も、前記アルカリ成分が空孔内に残存する。よって、前記モノリス状有機多孔質イオン交換体は、pHの値が8を超えるため、例えば使用者の肌荒れ等の原因となり得る。
 また、特許文献2に記載の吸水性ポリマー粒子には、吸水速度に改善の余地がある。また、衛生材料の構成材として使用され得る吸水材には、吸水速度に加えて、離水率にも優れることが求められる。ここで、離水率に優れるとは、水性液体を吸収して膨潤状態となった吸水材に圧力を加えた際に、吸収されていた当該水性液体が、より容易に、かつ、より多く放出されることを意味する。
 本発明の一実施形態は、前述の問題を解決し、使用者の肌荒れ等を従来の吸水材よりも低減することができ、かつ、吸水速度および離水率に優れる吸水材を提供することを目的とする。
 本発明者らは、中和率が従来の吸水材より小さく制御された架橋重合体から形成され、かつ、保水能力および嵩比重が特定の範囲となるような特定の多孔構造を内部に備える有機多孔質体を含む吸水材が、前記問題を解決できることを見出した。また、本発明者らは、特許文献2に記載の製造方法において、不飽和単量体水溶液に対する第1溶媒の体積比率(O/W体積比率)を2.5以上に制御することによって、前記特定の多孔構造を内部に備える有機多孔質体を含む吸水材が得られることを見出した。
 すなわち、本発明の一実施形態は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と連続空孔を有する有機多孔質体を含む吸水材であって、
 遠心分離機保持容量(CRC)が、5~25g/gであり、
 嵩比重が、0.3g/ml未満であり、かつ、
 前記架橋重合体の中和率が、70モル%未満である、吸水材である。
 また、本発明の別の一実施形態は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と連続空孔を有する有機多孔質体を含む吸水材の製造方法であって、
 中和率が70モル%未満の単量体水溶液に、第1界面活性剤の存在下で第1溶媒を、前記単量体水溶液に対する前記第1溶媒の体積比率が2.5以上となるように内包させてO/Wエマルジョンを得る、O/Wエマルジョン調製工程、
 前記O/Wエマルジョンを、第2溶媒に分散させてO/W/Oエマルジョンを得る、O/W/Oエマルジョン調製工程、及び、
 前記O/W/Oエマルジョン中で前記単量体水溶液に含まれる単量体を重合させて、有機多孔質体を調製する重合工程、
 を含む、吸水材の製造方法である。
 本発明の一実施形態に係る吸水材は、使用者の肌荒れ等を従来の吸水材よりも低減でき、かつ、吸水速度および離水率の双方に優れる。また、本発明の一実施形態に係る吸水材の製造方法は、前記吸水材を製造できるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る吸水材の製造方法のO/W/Oエマルジョン調製工程および重合工程の一態様を表す模式図である。
 本発明の一実施形態に関して以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。
 〔1.用語の定義〕
 [1-1.架橋重合体]
 本明細書において「架橋重合体」とは、具体的には、NWSP 241.0.R2(15)により規定される水膨潤性(CRC)が5g/g以上であり、かつ、NWSP 270.0.R2(15)により規定される水可溶成分(Ext)が70質量%以下である高分子ゲル化剤をいう。
 なお、「NWSP」は「Non-Woven Standard Procedures-Edition 2015」を表す。NWSPは、EDANA(European Disposables And Nonwovens Association、欧州不織布工業会)とINDA(Association of the Nonwoven Fabrics Industry、北米不織布工業会)とが、不織布及びその製品の評価法を米国および欧州で統一して共同で発行したものであり、吸水性樹脂の標準的な測定法が含まれている。特に断りのない限り、本明細書ではNWSPに準拠して、架橋重合体および吸水材の物性を測定する。
 本明細書において「架橋重合体」とは、全量(100質量%)が当該架橋重合体のみである態様に限定されず、添加剤などを含んでいる、一般に「吸水性樹脂組成物」と呼称される組成物であってもよい。また、本明細書において「架橋重合体」には、その内部に水が取り込まれた含水ゲルの状態である架橋重合体が含まれてもよい。
 [1-2.吸水材]
 本明細書において「吸水材」とは、架橋重合体を主成分として形成される連続骨格と、連続空孔を有する、溶液(液)を吸収および保持する能力を備える材である。特に、一般に吸水性樹脂と呼ばれる吸水性能に優れた粒子状の高吸水性ポリマーと組み合わせて吸収体として使用することができる。本発明の吸水材は、その際に、一時的に液を保持し、前記高吸水性ポリマーに液を引き渡す特徴がある剤である。ここで、前記溶液(液)とは水のみならず、液体であれば特に限定されない。本発明の一実施形態に係る吸水材が吸収する液体は、例えば、尿、経血、汗、生理食塩水、油、有機溶剤、廃液である。
 本明細書に記載の吸水材は、粒子状(粉末状)の吸水材、すなわち一般に「粒子状吸水材」と呼称される吸水材であり得る。前記粒子状吸水材は、架橋重合体を主成分として含むため、粒子状の架橋重合体に相当する。「粒子状吸水材」の概念には、一粒の粒子状吸水材と、複数個の粒子状吸水材の集合体との、いずれもが包含される。本明細書において「粒子状」とは、粒子の形態を有することを意味する。本願明細書にて、「粒子」とは、物質の比較的小さな分割体を指し、数Å~数mmの大きさを有している(「粒子」、マグローヒル科学技術用語大辞典編集委員会 編『マグローヒル科学技術用語大辞典 第3版』、日刊工業新聞社、1996年、1929頁を参照)。なお、本明細書では、「粒子状吸水材」を単に「吸水材」と表記することがある。
 吸水材は、架橋重合体(もしくは、粒子状の架橋重合体とも言う)を主成分として含む。前記吸水材は、架橋重合体を、60~100質量%、好ましくは70~95質量%、より好ましくは75~90質量%含む。前記吸水材の残部は、水および/または添加剤(無機微粒子、多価金属カチオンなど)などを任意に含んでもよい。
 すなわち、吸水材中の架橋重合体の上限は、例えば、100質量%、90質量%、80質量%または70質量%である。そして、好ましくは、架橋重合体以外に5~30質量%の成分、特に水および/または添加剤(無機微粒子、多価金属カチオンなど)などをさらに含む。
 なお、吸水材の好ましい含水率は、0.2~30質量%である。前述した通り、水および/または添加剤などの成分が、架橋重合体と一体化している、及び/又は、混合している状態の架橋重合体を含む組成物も、「粒子状吸水材」に包含される。本明細書における「含水率」は、測定対象全体の質量、より詳細には、水を含んだ状態の測定対象全体の質量に対する当該測定対象中に含まれる水の質量の割合を示した数値であり、以下の式(2)に基づいて求めることができる。前記測定対象としては、前記吸水材、後述の有機多孔質体、後述の架橋重合体および後述の含水ゲルが挙げられ、同様に求めることができる。
〔測定対象の含水率(質量%)〕=〔(測定対象中の水の質量)÷(前記測定対象全体の質量)〕×100・・・(2)
 〔2.吸水材〕
 本発明の一実施形態に係る吸水材(以下、「本発明の吸水材」と称する)は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体を含む吸水材であって、遠心分離機保持容量(CRC)が、5~25g/gであり、嵩比重が、0.3g/ml未満であり、かつ前記架橋重合体の中和率が、70モル%未満である。
 本発明の吸水材は、前記架橋重合体の中和率が、70モル%未満である。よって、本発明の吸水材は、弱酸性に制御されており、例えば、当該吸水材の使用者の肌荒れ等を、従来の吸水材よりも低減することができる。
 本発明の吸水材は、架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体を含むため、水等の液体を吸収する際に、当該液体が、前記架橋重合体および前記連続空孔の内部に保持される。
 また、前記CRCは、前記液体を吸収してなる膨潤状態の前記吸水材に対して特定の遠心力(圧力)を加え、前記液体の一部を放出させた後の吸水材に残留した当該液体の量を意味する。前記遠心力を加える際、膨潤状態の前記吸水材から、前記連続空孔の内部に保持されていた前記液体が主に放出される。よって、前記CRCは、主に、膨潤状態の前記吸水材の前記架橋重合体に保持された前記液体の量である。
 前記嵩比重は、前記吸水材の単位体積当たりの質量を表すパラメータである。当該質量は、主に、単位体積当たりの当該吸水材を構成する前記架橋重合体の質量である。よって、前記嵩比重は、前記吸水材全体に前記連続骨格が占める部分と、前記連続空孔の占める部分との割合を表すパラメータである。つまり、前記嵩比重が小さいことは、前記吸水材全体に前記連続骨格が占める部分が少なく、かつ、前記連続空孔の占める部分が多いことを意味する。
 本発明の吸水材は、CRCが、25g/g以下であり、かつ、嵩比重が、0.3g/ml未満に制御されている。よって、本発明の吸水材は、前記連続空孔の占める部分が多い構造を備える。当該構造は、その内部に前記液体をより取り込み易く、かつ、遠心力(圧力)を加えられた際に当該液体をより放出し易い。従って、本発明の吸水材は、吸水速度および離水率の双方に優れる。
 本発明の吸水材は、CRCが、5g/g以上である。このことは、本発明の吸水材は、所定量の前記連続骨格が占める部分を含むことを意味する。よって、本発明の吸水材は、所定の吸水性能を有している。
 以上のことから、本発明の吸水材は、当該吸水材の使用者の肌荒れ等を、従来の吸水材よりも低減することができ、かつ、吸水速度および離水率の双方に優れる。
 なお、特許文献2には、嵩比重が小さい有機多孔質体を含む吸水材は、機械的強度が不足する旨が記載されている。一方、本発明の吸水材について、ガラス製容器に吸水材およびガラスビーズを入れた後、振とうする方法(ダメージ試験)で、その機械的強度を確認したところ、本発明の吸水材は、吸水材として使用するために十分な機械的強度を備えていることが確認された。なお、前記方法は、化学プラントなどでの製造工程でかかる機械的ダメージをシミュレートする手法である。
 以下、本発明の吸水材を構成する各部材および本発明の吸水材の特性について詳述する。
 [2-1.架橋重合体]
 本発明の吸水材が有する架橋重合体は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体である。詳細には、前記架橋重合体は、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体を含む単量体組成物を架橋重合させてなる親水性の架橋重合体、すなわちポリ(メタ)アクリル(酸)系架橋重合体である。
 本明細書において、「(メタ)アクリル酸(塩)」とは、(メタ)アクリル酸及び/又はその塩を意味する。また、「(メタ)アクリル酸(塩)系単量体を含む単量体組成物」とは、架橋剤を除く単量体全体に対して、(メタ)アクリル酸(塩)を50モル%以上含む単量体組成物を意味する。
 本発明の吸水材が有する架橋重合体は、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系架橋重合体を構成する構造単位全体に対して、(メタ)アクリル酸(塩)由来の構造単位を50モル%以上含む架橋重合体であり、任意成分として内部架橋剤由来の構造単位を有する架橋重合体である。
 前記架橋重合体は、構成成分である単量体のうち内部架橋剤を除いた部分に対して、50モル%以上、好ましくは70モル%以上、より好ましくは90モル%以上が(メタ)アクリル酸(塩)である架橋重合体である。また、前記架橋重合体は、構成成分である単量体のうち内部架橋剤を除いた部分に対して、好ましくは100モル%以下、より好ましくは実質100モル%が(メタ)アクリル酸(塩)である架橋重合体である。
 本発明の吸水材が有する架橋重合体の形状は、例えば、粒子状であり得る。粒子状の前記架橋重合体は、例えば、不定形破砕状(不定形)、球状、繊維状、棒状、略球状、および偏平状からなる群より選ばれる1以上の形状を有し得る。中でも、前記架橋重合体の少なくとも一部が球状粒子であることが好ましい。製造工程でのダメージを考慮すると、微粉発生による生産性低下などの観点から、前述した粒子の形状の中では、前記架橋重合体は、球状粒子であることがより好ましい。粒子状の架橋重合体は、一粒の粒子である場合も、複数個の粒子の集合体である場合も粒子状の架橋重合体と称する。また、前記架橋重合体は、多孔質体である。
 <単量体、単量体組成物>
 本明細書において、「単量体組成物」とは、前記架橋重合体を形成する原料成分のことを指し、単量体の主成分である(メタ)アクリル酸(塩)の他、(メタ)アクリル酸(塩)以外の単量体(モノマー)及び、任意成分として内部架橋剤を含む組成物を指す。つまり、前記架橋重合体を構成する原料成分を、単量体組成物と称する。
 前記(メタ)アクリル酸(塩)以外の単量体として、不飽和二重結合を有する単量体(エチレン性不飽和単量体)のうち、酸基を含有する単量体が好ましい。当該単量体としては、具体的には、(無水)マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、ビニルスルホン酸、アリルトルエンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸、2-(メタ)アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2-(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸および2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート等のアニオン性不飽和単量体及び/又はその塩が挙げられる。これら単量体は、必要に応じて一種類又は二種類以上用いられる。
 前記塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、およびアミン塩からなる群より選ばれる1以上の塩が挙げられ、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、またはアンモニウム塩がより好ましく、ナトリウム塩が特に好ましい。
 また、本発明の吸水材が有する前記架橋重合体の中和率は、前記単量体組成物の中和率によって制御することが可能である。また、重合工程後に、前記架橋重合体または前記吸水材に中和剤を添加して調整してもよい。前記中和率は、前記架橋重合体を構成する全単量体(内部架橋剤を除く)のモル数に対する、中和された単量体のモル数の割合(単位:モル%)である。
 本発明の吸水材は、前記中和率が70モル%未満と小さい値であることにより、前述の通り、当該吸水材の使用者の肌荒れ等を、従来の吸水材よりも低減することができる。この観点からは、前記中和率は、65モル%以下であることが好ましい。
 また、前記中和率が所定の値以上であることにより、本発明の吸水材の吸水倍率および吸水速度等の吸水性能を向上させることができる。この観点から、前記中和率は、30モル%以上であることが好ましく、40モル%以上であることがより好ましい。
 また、単量体組成物は、必要に応じて、前述した「(メタ)アクリル酸(塩)」、「(メタ)アクリル酸(塩)以外の単量体」の他に、「親水性又は疎水性の不飽和単量体(以下、「他の単量体」と称する)」を含んでいてもよい。
 当該他の単量体としては、例えば、メルカプタン基含有不飽和単量体;フェノール性水酸基含有不飽和単量体;N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニルアセトアミド、(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミドおよびN,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有不飽和単量体;N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレートおよびN,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体;が挙げられる。前記他の単量体は1種以上用いることができる。
 他の単量体の使用量は、得られる吸水材の物性を損なわない程度であればよく、具体的には、単量体組成物の内部架橋剤を除いた部分に対して、50モル%以下、より好ましくは20モル%以下である。
 <内部架橋剤>
 前記架橋重合体は、架橋されている。前記架橋は、架橋性モノマーを使用しない自己架橋型であってもよい。一方、前記架橋重合体は、物性面から、内部架橋剤により内部架橋されていることが好ましい。
 前記内部架橋剤としては、多官能のアクリレート系架橋剤、アクリルアミド系架橋剤およびグリシジルエーテル系架橋剤からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
 前記内部架橋剤として、具体的には、N,N’-メチレンビス(メタ)アクリルアミド、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(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、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、エチレンオキシド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、ポリ(メタ)アリロキシアルカン、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、ポリエチレンイミンおよびグリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの内部架橋剤の中から、反応性等を考慮して少なくとも1種類の内部架橋剤が選択される。
 本発明では、架橋重合体および本発明の吸水材の吸水性能等の観点から、好ましくは、重合性不飽和基を二つ以上有する内部架橋剤が選択される。
 前記重合性不飽和基としては、具体的には、アリル基および(メタ)アクリレート基が挙げられる。前記重合性不飽和基の中でも、(メタ)アクリレート基が好ましい。中でも、(ポリ)アルキレングリコール構造を有する重合性不飽和基を二つ以上有する内部架橋剤が使用でき、例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。なお、当該内部架橋剤中のアルキレングリコール単位の数は、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、さらに好ましくは4以上、特に好ましくは6以上である。また、前記アルキレングリコール単位の数は、好ましくは100以下、より好ましくは50以下、さらに好ましくは20以下、特に好ましくは10以下である。
 前記内部架橋剤の含有量は、単量体組成物の内部架橋剤を除いた部分に対して、好ましくは0.001モル%以上、より好ましくは0.01モル%以上、さらに好ましくは0.1モル%以上である。また、前記内部架橋剤の含有量は、単量体組成物の内部架橋剤を除いた部分に対して、好ましくは10モル%以下、より好ましくは7モル%以下、さらに好ましくは5モル%以下である。
 前記内部架橋剤の含有量が前記範囲内である場合、前記架橋重合体および本発明の吸水材の吸水性能を、所望する範囲に制御できる。一方、前記内部架橋剤の含有量が前記範囲外である場合では、前記架橋重合体のゲル強度の低下に伴い、当該架橋重合体の水可溶分が増加したり、前記架橋重合体および本発明の吸水材の吸収倍率が低下したりすることがある。
 <表面架橋剤>
 前記架橋重合体は表面架橋され、表面架橋層を備えていてもよい。前記表面架橋層は、例えば、米国特許第7183456号に記載された表面架橋剤を使用して行われる表面架橋により、前記架橋重合体の表面に形成され得る。これら表面架橋剤の中から、反応性等を考慮して少なくとも1種類の表面架橋剤が選択される。また、表面架橋剤の取り扱い性および吸水材の吸水性能等の観点から、好ましくはカルボキシル基と反応する官能基を二つ以上有する表面架橋剤であって、共有結合が形成される有機化合物が選択される。
 前記表面架橋剤としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2,3-ペンタンジオール、2,4-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオール、1,4-ヘキサンジオール、1,5-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,3-ヘキサンジオール、2,4-ヘキサンジオール、グリセリン、ポリグリセリン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミン等の多価アルコール化合物;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、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリアリルアミンおよびポリエチレンイミン等の多価アミン化合物;ハロエポキシ化合物;多価アミン化合物とハロエポキシ化合物との縮合物;1,2-エチレンビスオキサゾリン等のオキサゾリン化合物;オキサゾリジノン化合物;1,3-ジオキソラン-2-オン(エチレンカーボネート)、4-メチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,5-ジメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-エチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-ヒドロキシメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、1,3-ジオキサン-2-オン、4-メチル-1,3-ジオキサン-2-オン、4,6-ジメチル-1,3-ジオキサン-2-オンおよび1,3-ジオキソパン-2-オン等のアルキレンカーボネート化合物;エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレンジ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、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジ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およびグリシドール等の多価グリシジル化合物;オキセタン化合物;ビニルエーテル化合物;環状尿素化合物;等が挙げられる。これらの1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 [2-2.有機多孔質体]
 本発明の有機多孔質体は、前記架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する。言い換えると、前記有機多孔質体は、前記架橋重合体から形成される有機多孔質体であり、その形状は粒子状であり得る。よって、前記有機多孔質体は、粒子状の前記架橋重合体であり得る。
 前記有機多孔質体の乾燥状態での連続骨格の厚みは、0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましく、1μm以上であることがさらに好ましい。当該厚みが前記下限値以上である場合、前記有機多孔質体および本発明の吸水材自体の強度を向上させ得る。
 また、当該厚みは、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。当該厚みが前記上限値以下である場合、本発明の吸水材が水等の液体を吸収する速度を向上させ得る。
 なお、前記有機多孔質体の乾燥状態での連続骨格の厚みの測定は、当該有機多孔質体の細孔構造が連続気泡構造であるため、本発明の吸水材を対象とする電子顕微鏡測定用の試験片に現れる骨格断面を厚みの評価箇所とする。前記連続気泡構造とは、気泡状のマクロポア同士が重なりあった構造である。
 前記有機多孔質体の乾燥状態での連続空孔の平均直径は、0.1μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましく、2.0μm以上であることがさらに好ましい。当該平均直径が前記下限値以上である場合、本発明の吸水材が水等の液体を吸収する速度を向上させ得る。
 また、前記有機多孔質体の乾燥状態での連続空孔の平均直径は、1000μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることがさらに好ましい。当該平均直径が前記上限値以下である場合、前記有機多孔質体および本発明の吸水材自体の強度を向上させ得る。
 前記連続骨格の厚み、および、前記連続空孔の平均直径の測定用サンプルとしては、本発明の吸水材を減圧乾燥器によって50℃で18時間以上乾燥させたものを用いる。このとき、最終到達圧力を0Torrとする。
 [2-3.界面活性剤]
 本発明の吸水材は、後述する本発明の一実施形態に係る吸水材の製造方法によって製造され得る。よって、当該製造方法で使用される界面活性剤が残留することにより、界面活性剤を含み得る。
 前記界面活性剤としては、例えば、後述の「第1界面活性剤」および「第2界面活性剤」に具体例として挙げられた界面活性剤であり得る。前記界面活性剤は、1種でもよく、2種以上の混合物であってもよい。
 前記界面活性剤の含有量の上限値は、前記架橋重合体100質量部に対して、15質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましい。前記界面活性剤の含有量の上限値が前述の値以下である場合、本発明の吸水材に前記界面活性剤が残留することに起因する吸水性能の低下が防止され得、吸水速度等の吸水性能が向上され得る。前記界面活性剤の含有量の下限値は、特に限定されないが、例えば、前記架橋重合体100質量部に対して、0.045質量部以上であり得、0.090質量部以上であることが好ましい。
 〔2-4.キレート剤〕
 本発明の吸水材は、キレート剤を含有し得る。前記キレート剤は、例えば、多価カルボン酸及びその塩であり得る。前記キレート剤は、好ましくは、FeまたはCuに対するイオン封鎖能およびキレート能が高いキレート剤である。前記キレート剤は、具体的にはFeイオンに対する安定度定数が10以上、好ましくは20以上のキレート剤であり、さらに好ましくは、アミノ多価カルボン酸及びその塩である。前記アミノ多価カルボン酸及びその塩は、ポリマーでもよい。前記アミノ多価カルボン酸及びその塩として、特に好ましくは、カルボキシル基の下限が3個以上、好ましくは4個以上、さらに好ましくは5個以上、上限が通常100個以下、さらに好ましくは20個以下であるアミノカルボン酸及びその塩である。
 前記多価カルボン酸としては、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、シクロヘキサン-1,2-ジアミンテトラ酢酸、N-ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸、エチレングリコールジエチルエーテルジアミンテトラ酢酸、エチレンジアミンテトラプロピオン酢酸、N-アルキル-N’-カルボキシメチルアスパラギン酸およびN-アルケニル-N’-カルボキシメチルアスパラギン酸、並びに、これらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩およびアミン塩等が挙げられる。これらの多価カルボン酸の中でも、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、N-ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸及びこれらの塩が最も好ましい。前記多価カルボン酸は、1種以上用いることができる。
 前記キレート剤、特にアミノ多価カルボン酸の含有量は、前記架橋重合体100質量部に対して微量成分、通常0.00001~10質量部、好ましくは0.0001~1質量部、さらに好ましくは0.01~0.5質量部である。
 このとき、キレート剤を含有させることによる十分な効果および/または付加機能が得られ、かつ、吸水材の吸収性能を保持し得る。
 〔2-5.無機微粒子〕
 本発明の吸水材は、吸湿時のブロッキング防止のために無機微粒子、特に水不溶性無機微粒子を含有し得る。前記無機微粒子としては、例えば、二酸化珪素および酸化チタン等の金属酸化物、天然ゼオライトおよび合成ゼオライト等の珪酸(塩)、カオリン、タルク、クレー、およびベントナイトからなる群より選ばれる1以上等が挙げられる。これらの無機微粒子のうち、二酸化珪素及び珪酸(塩)がより好ましく、コールターカウンター法により測定された平均粒子径が0.001~200μmである二酸化珪素及び珪酸(塩)がさらに好ましい。また、本発明の吸水材に対して、ゼオライトを含有させることにより消臭機能を付与してもよく、SiO2:Al2O3の配合比が1:1~100、好ましくは1:2~10のゼオライトが好ましい。
 前記無機微粒子の含有量は、通常、前記架橋重合体100質量部に対して0~10質量部、好ましくは0.001~5質量部、さらに好ましくは0.002~3質量部の範囲である。
 このとき、無機微粒子を含有させたことによる十分な効果および/または付加機能が得られ、かつ、吸水材の吸収性能を保持し得る。
 〔2-6.その他の添加剤〕
 本発明の吸水材は、前記界面活性剤、前記キレート剤および前記無機微粒子以外のその他の添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で含有していてもよい。
 前記その他の添加剤として、植物成分、有機酸の多価金属塩、複合含水酸化物、還元性物質、抗菌剤、消臭剤、水溶性高分子、水不溶性高分子、水、有機微粒子、還元剤、酸化剤および無機塩等を挙げることができる。
 前記その他の添加剤の含有量は、目的および付加機能によって異なる。例えば、通常、前記添加剤の1種類当たりの含有量は、前記架橋重合体100質量部に対して0質量部以上、10質量部以下、好ましくは0.001質量部以上、5質量部以下、さらに好ましくは0.002質量部以上、3質量部以下の範囲である。前記添加剤は、1種以上用いることができる。
 このとき、添加剤を含有させたことによる十分な効果および/または付加機能を得ることができ、かつ、吸水材の吸収性能を保持し得る。
 〔2-7.吸水材の物性〕
 <遠心分離機保持容量(CRC)(NWSP241.0.R2(15))>
 CRCは、一般に、Centrifuge Retention Capacityの略称であり、無加圧下吸水倍率と呼称されるパラメータである。
 前記CRCは、具体的には、前記吸水材0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して自由膨潤させ、その後、遠心分離機(250G)で水切りした後の吸水倍率(単位;g/g)のことを意味する。前記CRCは、例えば、実施例に示す方法によって測定され得る。
 本発明の吸水材の前記CRCは、25g/g以下であり、好ましくは23g/g以下であり、より好ましくは20g/g以下である。
 また、前記CRCは、5g/g以上であり、好ましくは7g/g以上であり、より好ましくは10g/g以上である。前記CRCが前記下限値以上であることは、本発明の吸水材の吸水速度等の吸水性能を保持する観点から好ましい。前記CRCの値は、内部架橋剤及び表面架橋剤等の種類及び量を変更することにより、前記架橋重合体の吸水能力を調整することによって制御できる。
 <嵩比重>
 本発明の吸水材の嵩比重は、単位体積当たりの質量を表すパラメータである。前記嵩比重は、10mL容器に該吸水材を自由落下させて充填させたときの、吸水材の質量(単位;[g/mL])である。
 前記嵩比重は、0.3g/ml未満であり、好ましくは0.27g/mL以下であり、より好ましくは0.25g/mL以下であり、さらに好ましくは0.20g/mL以下、いっそう好ましくは0.17g/mL以下である。前記嵩比重が前記上限値以下であることは、前述の通り、本発明の吸水材が、前記連続空孔が大きい、および/または、数が多い構造を備え、その結果、当該吸水剤の吸水速度および離水率の双方が向上する。
 また、前記嵩比重は、好ましくは0.05g/mL以上であり、より好ましくは0.07g/mL以上である。前記嵩比重が前記下限値以上であることは、本発明の吸水材のCRC等の吸水性能を保持する観点から好ましい。
 <吸水速度(Vortex)>
 本発明の吸水材の吸水速度は、例えば、一般にVortex法と呼称される方法によって測定される値(吸水速度(Vortex):単位〔秒〕)で表される。前記吸水速度(Vortex)の値が小さいほど、吸水速度が速く、吸水速度が優れていることを意味する。本発明の吸水材の前記吸水速度(Vortex)の値は、小さい値である方が好ましく、具体的には、好ましくは10秒以下であり、より好ましくは7秒以下であり、さらに好ましくは5秒以下であり、特に好ましくは2秒以下である。前記吸水速度(Vortex)の値は、例えば、実施例に記載の方法によって測定され得る。
 <自由膨潤倍率(FSC)(NWSP 240.0.R2(15))>
 本発明の吸水材の自由膨潤倍率(FSC)は、Free Swell Capacityの略称であり、吸水材の無加圧下吊り下げ吸水倍率を意味する。本明細書においては、FSCは、NWSP 240.0.R2(15)に準拠して測定される。前記吸水材のFSCの値は、内部架橋剤及び表面架橋剤等の種類及び量を変更し、前記架橋重合体の吸水能力を調整することにより制御できる。
 前記FSCの値は、好ましくは35g/g以上であり、より好ましくは40g/g以上であり、さらに好ましくは50g/g以上である。また、前記FSCの値は、好ましくは150g/g以下であり、より好ましくは120g/g以下であり、さらに好ましくは100g/g以下である。前記FSCの値が前記範囲内であることにより、本発明の吸水材の吸水速度および離水率をより向上させることができる。
 <離水率>
 本発明の吸水材の離水率は、水等の液体を吸収してなる膨潤状態の前記吸水材に一定の圧力(遠心力)を加えた場合の当該液体の放出され易さを表すパラメータであり、以下の式(1)によって表わされる。
離水率[%]={(FSC[g/g]-CRC[g/g])/FSC[g/g]}×100・・(1)
 前記離水率の値が高いことは、膨潤状態の前記吸水材が吸収していた液体をより放出し易く、離水率が優れていることを意味する。前記離水率の値は、高い方が好ましく、具体的には、好ましくは40%以上であり、より好ましくは50%以上であり、さらに好ましくは60%以上である。また、前記離水率の値は、通常、95%以下であり得る。
 <pH>
 本発明の吸水材のpHは、弱酸性を示す範囲に制御されており、具体的には、4.5~6.5の範囲内であり得、好ましくは5.0~6.0の範囲内であり得る。前記pHは、原料である前記単量体組成物における中和率を前述の範囲内に調節することによって、制御することができる。前記pHは、実施例に記載の方法によって測定され得る。
 <質量平均粒子径(D50)>
 本発明の吸水材は、多孔質体であり、粒子状であり得る。その質量平均粒子径(D50)は、好ましくは100μm以上、1000μm以下であり得、より好ましくは300μm以上、800μm以下であり得、さらに好ましくは400μm以上、700μm以下である。なお、前記質量平均粒子径(D50)とは、米国特許5051259号公報等にあるように、一定目開きの標準ふるいを用いたときに、粒子全体の50質量%に対応する標準ふるいの粒子径のことである。前記D50は、例えば、実施例に記載の方法によって測定され得る。
 〔2-8.製造方法〕
 本発明の吸水材は、例えば、後述の本発明の一実施形態に係る吸水材の製造方法によって製造され得る。
 〔2-9.吸水材の用途〕
 本発明の吸水材は、架橋重合体を主成分として形成される連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体であるため、溶液(液)を吸収および保持する性能を有する。このため、衛生材料の吸収体等に使用することができ、先に述べたとおり既存の吸水性樹脂などの吸水性能に優れた高吸水性ポリマーなどと組み合わせて使用することができる。また本発明の吸水材は、粒子状の多孔質体であるため、粒子状の高吸水性ポリマー(吸水性樹脂)と混合して組成物として吸収体等に簡便に使用することができる。このような、本発明の吸水材と、吸水性樹脂粒子とを含む複合吸収体も、本発明に含まれる。
 〔3.吸水材の製造方法〕
 本発明の一実施形態に係る吸水材の製造方法(以下、「本発明の製造方法」と称する)は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体を含む吸水材の製造方法であって、中和率が70モル%未満の単量体水溶液に、第1界面活性剤の存在下で第1溶媒を、前記単量体水溶液に対する前記第1溶媒の体積比率が2.5以上となるように内包させてO/Wエマルジョンを得る、O/Wエマルジョン調製工程、前記O/Wエマルジョンを、第2溶媒に分散させてO/W/Oエマルジョンを得る、O/W/Oエマルジョン調製工程、及び前記O/W/Oエマルジョン中で前記単量体水溶液に含まれる単量体を重合させて、有機多孔質体を調製する重合工程、を含む。
 本発明の製造方法において、「架橋重合体」、「有機多孔質体」および「吸水材」については、前述の〔2.吸水材〕の欄の記載を援用する。
 本発明は、使用者の肌荒れ等を従来の吸水材よりも低減することができ、かつ、吸水速度および離水率に優れる吸水材を提供することを課題としている。本発明者らは、本発明の製造方法によって製造される吸水材の保水能力および嵩比重が特定の範囲に制御されていること、並びに、前記吸水材が前記課題を解決し得ることを見出した。さらに、本発明者らは、単量体の中和率を従来の単量体の中和率よりも小さくすることによって、前記O/W体積比率が2.5以上であるO/Wエマルジョンを調製することができ、前記課題を解決し得る吸水材を製造できることを見出した。なお、ここで、単量体の中和率は、製造される吸水材を構成する架橋重合体の中和率に対応する。
 ここで、図1を参照して、本発明の製造方法が前記課題を解決し得る吸水材を提供できることを説明する。図1は、本発明の製造方法のO/W/Oエマルジョン調製工程および重合工程の一態様を表す模式図である。
 図1の左端の図は、本発明の製造方法のO/Wエマルジョン調製工程で調製されるO/Wエマルジョンを表す。前記O/Wエマルジョンは、図1の左端の図に示すように、単量体水溶液2中に、第1溶媒1が分散しており、かつ、第1溶媒1/単量体水溶液2の体積比率(O/W体積比率)が2.5以上である。
 本発明の製造方法のO/W/Oエマルジョン調製工程では、図1の左から中央に示すように、第2溶媒3に、O/Wエマルジョン調製工程で調製されたO/Wエマルジョンを加えて乳化する。これによって、第2溶媒3中にO/Wエマルジョン4が分散したO/W/Oエマルジョンが調製される。
 ここで、O/Wエマルジョン4では、第1溶媒が単量体水溶液に分散して存在している。また、O/Wエマルジョン4中のO/W体積比率は、前記O/Wエマルジョン調製工程で調製されるO/Wエマルジョン中のO/W体積比率と同一である。
 本発明の製造方法の重合工程では、図1の右側に示すように、O/Wエマルジョン4中の単量体水溶液に含まれる単量体が重合して架橋重合体が形成される。そして、前記架橋重合体により、前記重合工程によって調製される有機多孔質体5を構成する連続骨格が形成される。また、O/Wエマルジョン4中に分散している第1溶媒中では架橋重合体が形成されないため、当該第1溶媒が存在する部分は、有機多孔質体5を構成する連続空孔となる。よって、前記重合工程により、図1の右端の図に示すように、架橋重合体により形成された連続骨格を備え、かつ、内部に連続空孔が分散している構造を備える有機多孔質体が調製される。すなわち、本発明の製造方法では、前記連続骨格と、前記連続空孔とを有する有機多孔質体を含む吸水材が製造される。なお、図1の有機多孔質体5は吸水材であり得る。
 本発明の製造方法では、中和率が70モル%未満の単量体水溶液を原料として使用する。ここで、単量体水溶液の中和率とは、単量体組成物を含む当該単量体水溶液中の全単量体(内部架橋剤を除く)のモル数に対する、中和された単量体のモル数の割合(単位:モル%)であり、当該単量体水溶液から得られる架橋重合体の中和率である。よって、本発明の製造方法によって製造される吸水材は、弱酸性に制御されており、例えば、従来の吸水材よりも、当該吸水材の使用者の肌荒れ等を低減することができる。
 なお、本発明の製造方法は、特許文献1に記載の製造方法と異なり、加水分解を経ることなく、有機多孔質体を含む吸水材を製造できる。よって、本発明の製造方法は、加水分解に必須である過剰のアルカリを使用する必要がない。従って、本発明の製造方法によれば、前記中和率を70モル%未満という小さい値に任意に調整しながら、有機多孔質体を含む吸水材を製造でき、その結果、前述の通り、当該吸水材の使用者の肌荒れ等を低減することができる。
 また、有機多孔質体5が有する連続空孔は、O/Wエマルジョン4中に分散している第1溶媒が存在する箇所に形成される。本発明の製造方法は、O/Wエマルジョン4におけるO/W体積比率が2.5以上である。よって、有機多孔質体5では、連続空孔が占める割合が大きくなる。言い換えると、有機多孔質体5は、前記吸水材全体における前記連続骨格が占める部分が少なく、かつ、前記連続空孔の占める部分が多い。
 ここで、〔2.吸水材〕の欄に示す通り、前記連続空孔の占める部分が多い場合、その内部に前記液体をより取り込み易く、かつ、遠心力(圧力)を加えられた際に当該液体をより放出し易くなる。従って、有機多孔質体5を含む吸水材は、吸水速度および離水率の双方が向上している。
 以上のことから、本発明の製造方法は、従来の吸水材よりも、当該吸水材の使用者の肌荒れ等を低減することができ、かつ、吸水速度および離水率に優れる吸水材を製造できる。
 また、本発明の製造方法では、中和率が70モル%未満の単量体水溶液を原料として使用することにより、O/W体積比率が2.5以上に調節されたO/Wエマルジョンが調製される。そして、当該O/Wエマルジョンを第2溶媒に分散させてなるO/W/Oエマルジョン中で前記単量体水溶液に含まれる単量体を重合させることによって有機多孔質体を含む吸水材を製造している。また、本発明の製造方法では、前記O/W/Oエマルジョンの段階で粒径を制御して、有機多孔質体を含む吸水材を製造している。このことにより、本発明の製造方法は、得られる前記有機多孔質体を粉砕することなく、所定の粒径を備える吸水材を製造することができる。有機多孔質体が粉砕される場合には、多量の微粉が副生し、生産性が低下することが知られている。よって、本発明の製造方法によれば、多量の微粉の副生による生産性の低下を回避しつつ、所定の粒径を備える吸水材を製造することができる。
 以下、本発明の製造方法を構成する各工程について詳述する。
 [3-1.O/Wエマルジョン調製工程]
 本発明の製造方法のO/Wエマルジョン調製工程は、中和率70モル%未満の単量体水溶液に、第1界面活性剤の存在下で第1溶媒を、前記単量体水溶液に対する前記第1溶媒の体積比率が2.5以上となるように内包させてO/Wエマルジョンを得る工程である。
 <単量体水溶液>
 前記単量体水溶液は、製造される吸水材の原料である単量体、および任意で内部架橋剤等を含む水溶液である。前記単量体水溶液の単量体の濃度は、当該単量体水溶液全体の質量に対して、通常、好ましくは30質量%~飽和濃度、より好ましくは35~45質量%である。前記単量体水溶液に用いられる水は、特に限定されるものではなく、例えば、水道水、蒸留水およびイオン交換水などが挙げられる。
 また、本発明の製造方法は、O/Wエマルジョン調製工程の前に、前記単量体水溶液を調製する単量体水溶液調製工程を含み得る。当該工程は、前記単量体および任意で内部架橋剤等を水に溶解させて、前記単量体水溶液を調製する工程である。当該工程は、前記単量体水溶液の中和率を調節することを含み得る。前記中和率を調節する方法としては、公知の方法を採用することができる。当該方法としては、例えば、本発明の製造方法における単量体の主成分である(メタ)アクリル酸(塩)の酸基を、アルカリ金属を含有する化合物などを用いて中和する方法を挙げることができる。前記アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどが挙げられる。これらのアルカリ金属の中では、ナトリウムおよびカリウムが好ましい。前記アルカリ金属は、1種以上を用いることができる。
 前記酸基の中和は、例えば、水酸化ナトリウムおよび/または水酸化カリウムなどのアルカリ金属を含有する化合物の水溶液を、前記単量体または前記単量体を含む水溶液に滴下して混合することにより行うことができる。前記水溶液中の、アルカリ金属を含有する化合物の濃度は、特に限定されるものではないが、通常、20~50質量%程度である。
 (単量体、内部架橋剤)
 前記単量体水溶液の単量体および内部架橋剤については、前述の〔2.吸水材〕の[2-1.架橋重合体]の<単量体>および<内部架橋剤>の欄を援用できる。なお、前記<単量体>の欄に記載の「架橋重合体の中和率」は、「単量体水溶液の中和率」に相当し、「含有量」は、本発明の製造方法における「使用量」に相当する。
 前記単量体水溶液として好ましい例として、内部架橋剤を含み、前記内部架橋剤が、多官能のアクリレート系架橋剤、アクリルアミド系架橋剤、およびグリシジルエーテル系架橋剤から選択される少なくとも1種である単量体水溶液を挙げることができる。
 (重合開始剤)
 本発明の製造方法で重合開始剤を使用する場合、当該重合開始剤は、重合工程実施前の任意の時期に、単量体水溶液、O/WエマルジョンおよびO/W/Oエマルジョンのうちに1以上に添加することができる。重合開始剤は、均一に分散させるために、あらかじめ前記単量体水溶液に添加しておくことが好ましい。
 前記重合開始剤として、水溶性ラジカル重合開始剤を用いることができる。例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、および過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩;2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)2塩酸塩および2,2’-アゾビス(2-(2イミダゾリン-2-イル)プロパン)2塩酸塩などのアゾ系重合開始剤;過酸化水素;などが挙げられる。本発明の製造方法で使用され得る重合開始剤は、例示した前記重合開始剤のみに限定されるものではない。前記重合開始剤としては、アゾ系開始剤および/または過硫酸塩であることが好ましい。前記重合開始剤は、1種以上を用いることができる。
 重合開始剤の使用量は、通常、単量体水溶液に含まれる全単量体1モルあたり0.05~10ミリモルであることが好ましい。
 <第1界面活性剤>
 前記O/Wエマルジョン調製工程で使用される第1界面活性剤は、前記O/Wエマルジョンを調製することができれば、特に限定されない。前記第1界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合体、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、疎水変性ポリエーテルウレタンおよび疎水変性ポリエステルウレタン、モノステアリン酸ポリオキシエチレングリセリンエステル、モノイソステアリン酸ポリオキシエチレングリセリンエステル、ロジンエステルおよびポリオキシエチレンロジンエステルなどのノニオン性界面活性剤;ラウリル硫酸ナトリウム、およびポリオキシエチレンラウリル硫酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤;等を挙げることができる。前記第1界面活性剤は、前述の化合物のうち、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合体であることが好ましい。前記第1界面活性剤は、1種以上を用いることができる。
 前記第1界面活性剤としてポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合体を使用することは、後述の重合工程で重合時の安定性を向上させ、多数の連続空孔を形成させることができるという利点があるため好ましい。前記ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合体として、例えば、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンブロック共重合体が使用できる。
 ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンブロック共重合体の質量平均分子量は、後述の重合工程で重合時の安定性を向上させ、多数の連続空孔を形成させる観点から、好ましくは3000以上、より好ましくは5000以上である。また、前記質量平均分子量は、水溶性を高め、作業性を向上させる観点から、好ましくは100000以下、より好ましくは30000以下である。これらの観点から、前記質量平均分子量は、好ましくは3000~100000、より好ましくは5000~30000である。
 ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンブロック共重合体のポリオキシエチレンの含有量は、好ましくは40質量%以上、より好ましくは45質量%以上である。このとき、後述の重合工程で、O/W/Oエマルジョン中で前記単量体が重合する際に、当該O/W/Oエマルジョンの良好な乳化状態を維持し、粒子内部に連続空孔を形成しやすくすることができる。
 また、前記含有量は、後述の重合工程で、前記O/W/Oエマルジョン中に分散したO/Wエマルジョンを安定化させる観点から、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下である。これらの観点から、前記含有量は、好ましくは40~90質量%、より好ましくは45~85質量%である。
 ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンブロック共重合体は、工業的に容易に入手しうるものである。その代表例としては、旭電化工業(株)製、商品名「アデカプルロニック」(登録商標)シリーズ、バスフ(BASF)社製、商品名「PLURONIC」(登録商標)シリーズおよび三洋化成工業(株)製、商品名「ニューポール」(登録商標)シリーズなどが挙げられる。なお、これらのポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンブロック共重合体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 第1界面活性剤の使用量は、前記単量体水溶液中に第1溶媒を分散させやすくする観点から、当該単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上である。また、第1界面活性剤を過剰量添加しても、見あうだけの効果が得られず、かえって経済的でなくなる傾向があるため、第1界面活性剤の使用量は、前記単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは15質量部以下、より好ましくは10質量部以下である。これらの観点から、第1界面活性剤の使用量は、前記単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは0.1~15質量部、より好ましくは0.5~10質量部である。第一界面活性剤の添加先、添加タイミングは特に限定されず、O/Wエマルジョン調製時に使用されていればよい。
 <第1溶媒>
 前記O/Wエマルジョン調製工程で使用される第1溶媒は、疎水性の有機溶媒であって、前記単量体水溶液中に分散してO/Wエマルジョンを得ることができれば、特に限定されない。「第1溶媒が前記単量体水溶液中に分散する」とは、第1溶媒が前記単量体水溶液に内包されることを意味する。
 前記第1溶媒としては、例えば、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、シクロヘキサン、およびメチルシクロヘキサンからなる群より選ばれる1以上の溶媒などの、炭化水素系有機溶媒が好ましい。これらの中では、工業的に入手が容易で品質が安定しており、比較的安価であるため、n-ヘキサン、n-ヘプタンおよびシクロヘキサンからなる群より選ばれる1以上の溶媒がより好ましい。
 <単量体水溶液、O/Wエマルジョンの特性>
 本発明の製造方法は、前記O/Wエマルジョン調製工程でのO/W体積比率が2.5以上である。前記O/W体積比率は、前記O/Wエマルジョンにおける、第1溶媒の体積(mL)/単量体水溶液の体積(mL)である。
 前述の通り、前記O/W体積比率が2.5以上であることによって、本発明の製造方法によって製造される吸水材の吸水速度および離水率の双方を向上させることができる。なお、前記O/W体積比率は、例えば、前記O/Wエマルジョン調製工程の第1溶媒の使用量を調節することにより、制御することができる。
 前記O/W体積比率は、前記吸水材の吸水速度および離水率の双方を向上させる観点からは、好ましくは2.5以上であり、より好ましくは2.8以上であり、さらに好ましくは3.0以上、さらに好ましくは3.2以上、さらに好ましくは5.0以上である。また、前記O/W体積比率が特定の値以下である場合、乳化を安定化させ、前記単量体水溶液が第1溶媒を十分に内包でき、前記O/Wエマルジョンを良好に調製できる。この観点から、前記O/W体積比率は、好ましくは15.0以下であり、より好ましくは10.0以下である。
 前記単量体水溶液の25℃での粘度は、前記O/Wエマルジョンを安定化させることによって得られる粒子の多孔質性を高める観点から、好ましくは500mPa・s以上、より好ましくは1000mPa・s以上である。
 前記単量体水溶液の粘度は、例えば、高分子増粘剤を用いて調整することができる。
 前記高分子増粘剤として、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、グアーガム、アラビアガム、グルコマンナン、デキストリン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドおよび部分中和ポリアクリル酸などが好ましく用いられる。その理由は、これらの高分子増粘剤は、その使用量が少なくても前記単量体水溶液に比較的高い粘度を付与できるためである。前記高分子増粘剤は1種以上を用いることができる。
 <前記O/Wエマルジョン調製工程の条件等>
 前記O/Wエマルジョン調製工程で前記O/Wエマルジョンを調製する方法は、特に限定されない。当該方法としては、例えば、前記単量体水溶液に、第1界面活性剤を混合し、得られた混合物を攪拌しながら、その中に第1溶媒を徐々に添加する方法を挙げることができる。
 前記O/Wエマルジョンを調製する際の前記単量体水溶液の液温は、当該O/Wエマルジョンの安定性の観点から、好ましくは30℃以下、より好ましくは15~25℃である。
 なお、前記O/Wエマルジョンを調製する際には、攪拌装置などを使用してもよい。攪拌装置には、特に限定がなく、例えば、ホモミキサーなどの微細に乳化しうる装置であってもよく、あるいはパドル型、プロペラ型およびスクリュー型などの一般的な攪拌翼であってもよい。いずれの攪拌装置でも、攪拌速度等を調節することにより、得られる粒子の空孔の数および大きさを適宜調整することができる。
 [3-2.O/W/Oエマルジョン調製工程]
 本発明の製造方法のO/W/Oエマルジョン調製工程は、前記O/Wエマルジョン調製工程で調製されたO/Wエマルジョンを、第2溶媒に分散させてO/W/Oエマルジョンを得る工程である。なお、前記第2溶媒に、第2界面活性剤が含有されていることが、O/W/Oエマルジョンを良好に得るという観点から好ましい。
 <第2溶媒>
 前記O/W/Oエマルジョン調製工程で使用される第2溶媒は、O/Wエマルジョンの分散媒である。第2溶媒は、疎水性の有機溶媒であって、前記O/Wエマルジョンを分散させO/W/Oエマルジョンを得ることができれば、特に限定されない。前記第2溶媒としては、例えば、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、シクロヘキサン、およびメチルシクロヘキサンからなる群より選ばれる1以上の溶媒などの炭化水素系有機溶媒が好ましい。これらのうち、工業的に入手が容易で品質が安定しており、比較的安価であるため、n-ヘキサン、n-ヘプタンおよびシクロヘキサンからなる群より選ばれる1以上の溶媒がより好ましい。
 なお、第1溶媒および第2溶媒は、それぞれ同一種類であってもよく、あるいは異なる種類であってもよい。第1溶媒および第2溶媒が同一種類であることは、後述の乾燥工程等で回収した溶媒を再利用することが容易であるという観点から好ましい。
 <第2界面活性剤>
 第2界面活性剤としては、例えば、ショ糖脂肪酸エステル、(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピルアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、アルキルグルコシド、N-アルキルグルコンアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのリン酸エステル、及びポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルのリン酸エステルなどが挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 前記第2界面活性剤としては、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステルおよびポリグリセリン脂肪酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、安全性に優れているため、ショ糖脂肪酸エステルがより好ましい。
 なお、本明細書において、「(ポリ)」とは、「ポリ」の接頭語がある場合とない場合の双方を意味する。
 第2界面活性剤の使用量は、後述の重合工程で重合中の安定性を確保する観点から、前記単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上である。また、第2界面活性剤の使用量は、前記単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。第2界面活性剤を過剰量添加しても、見合うだけの効果が得られず、かえって経済的でなくなる傾向があるためである。これらの観点から、第2界面活性剤の量は、前記単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは1~5質量部である。
 <前記O/W/Oエマルジョン調製工程の条件等>
 前記O/W/Oエマルジョン調製工程でO/W/Oエマルジョンを調製する方法は、特に限定されない。当該方法としては、例えば、前記第2溶媒中に、前記O/Wエマルジョンをチューブポンプなどの送液装置で送液し、攪拌しながら添加する方法が挙げられる。攪拌の際に用いられる装置としては、特に限定されず、例えば、フラスコ内で攪拌する際に用いるパドル型攪拌翼を用いることができる。
 [3-3.重合工程]
 本発明の製造方法の重合工程は、前記O/W/Oエマルジョン調製工程で調製されたO/W/Oエマルジョン中で前記単量体水溶液に含まれる単量体を重合させて、有機多孔質体を調製する工程である。
 前記重合工程で前記単量体の重合反応を行う際の反応温度は、用いる重合開始剤の種類などによって異なるため、一概には決定することができない。前記反応温度は、重合反応を迅速に進行させ、重合時間を短くすることにより経済性を高める一方で、第1もしくは第2の有機溶媒が沸騰しないように重合反応を行う観点から、好ましくは40~100℃、より好ましくは50~80℃である。
 なお、前記反応温度が60℃以上である場合には、前記単量体の重合反応を行う際の前記O/W/Oエマルジョンの安定性を保つ観点から、高分子分散安定剤を用いることが好ましい。好適な高分子分散安定剤としては、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体(EPDM)、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・ブタジエン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、酸化型エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチルセルロースおよびヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。
 中でも、単量体水溶液の分散安定性の観点から、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、及び酸化型エチレン・プロピレン共重合体などが、より好適な高分子分散安定剤として挙げられる。前記高分子分散安定剤は、1種であってもよく、2種以上の高分子分散安定剤の混合物であってもよい。また、これらの高分子分散安定剤と前記第2界面活性剤とを併用してもよい。
 前記高分子分散安定剤の使用量は、前記O/W/Oエマルジョンを十分に安定化させる観点から、前記単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上であり、より好ましくは1質量部以上である。また、前記高分子分散安定剤の使用量は、前記単量体水溶液100質量部に対して、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。前記高分子分散安定剤を過剰量添加する場合、見合うだけの効果が得られず、かえって経済的でなくなることがあるためである。
 なお、前記重合反応の反応時間は、特に限定されず、通常、0.5~3時間程度である。
 [3-4.後架橋工程]
 前記重合工程により、前記有機多孔質体は、通常、含水ゲル粒子の状態で得られる。ここで、前記有機多孔質体および当該有機多孔質体を含む吸水材の吸水速度およびゲル強度を高める観点から、本発明の製造方法は、前記重合工程により得られる有機多孔質体に対して後架橋反応を行う後架橋工程を含み得る。前記後架橋工程により、前記有機多孔質体を構成する架橋重合体が後架橋、すなわち表面架橋される。前記後架橋工程により、表面架橋された前記架橋重合体および前記連続空孔から形成された有機多孔質体が得られる。以下、前記後架橋工程により得られる有機多孔質体を、「表面架橋後の有機多孔質体」とも称する。
 <後架橋剤>
 前記後架橋剤としては、前記架橋重合体中の反応基と反応し得る架橋剤を用いることができる。
 前記後架橋剤の具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、(ポリ)オキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコールおよびポリグリセリンなどのポリオール類;(ポリ)エチ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および(ポリ)グリセリントリグリシジルエーテルなどの2個以上のグリシジル基をもつエーテル化合物;エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリンおよびα-メチルエピクロルヒドリンなどのハロエポキシ化合物などの反応性官能基を2個以上有する化合物が挙げられる。これらは、それぞれ単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。前記後架橋剤の中では、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテルが好ましい。
 前記後架橋剤の使用量は、前記架橋重合体の含水率および処理温度などによって異なるため、一概には決定することができない。なお、前記架橋重合体の含水率とは、前記有機多孔質体の含水率と同一である。
 前記後架橋剤の添加時期は、重合反応終了後であれば、いずれの時点で添加してもよい。当該添加時期は、例えば、後架橋反応を充分に進行させ、前記吸水材の吸水速度を高める観点から、前記架橋重合体の含水率が10質量%以上である時点が好ましく、20質量%以上である時点がより好ましい。また、前記吸水材の保水能が低くなり過ぎないようにする観点から、前記架橋重合体の含水率が80質量%以下である時点が好ましく、65質量%以下である時点がより好ましい。これらの観点から、後架橋剤の添加時期は、前記架橋重合体の含水率が10~80質量%である時点が好ましく、20~65質量%である時点がより好ましい。
 <脱水処理>
 前記後架橋工程は、前記後架橋剤を前記架橋重合体に添加する前に、当該架橋重合体から水を除去してその含水率を調整する、脱水処理を含み得る。脱水の方法としては、公知の方法を採用することができる。当該方法としては、例えば、共沸蒸留塔により水および疎水性有機溶媒を留去する方法等を挙げることができる。
 なお、含水ゲル中の水分量および含水ゲル中の固形分、すなわち前記架橋重合体の固形分は、重合反応における単量体などの原料化合物の仕込み量と、後述の脱水処理および乾燥工程で除去された水分量とから、算出することができる。
 <後架橋の方法、条件等>
 前記後架橋工程の後架橋反応は、例えば、重合反応終了後の含水ゲルを前記脱水処理に供して得られる所定の含水率に調整された含水ゲルに対して、後架橋剤の溶液を添加することによって行うことができる。
 前記後架橋剤の溶液とは、例えば、前記後架橋剤が水またはアルコールに溶解されてなり、当該後架橋剤の濃度が0.5~50質量%である溶液である。前記後架橋反応を行う際は、後架橋剤の溶液を添加した直後に乾燥させてもよく、内温を50~90℃で0.5~6時間保持し、後架橋反応を促進させることがより好ましい。前記内温とは、前記後架橋剤の溶液を添加した後の前記含水ゲル、すなわち前記後架橋剤の溶液と前記含水ゲルとの混合物の温度を意味する。
 [3-5.乾燥工程]
 本発明の製造方法は、前記重合工程によって得られる有機多孔質体、または、前記後架橋工程によって得られる表面架橋された有機多孔質体から、水および疎水性有機溶媒を除去する乾燥工程を含み得る。
 前記水および疎水性有機溶媒を除去する方法としては、公知の方法を採用することができる。当該方法としては、例えば、共沸蒸留塔により水および疎水性有機溶媒を留去すること、ろ過および減圧乾燥等を挙げることができる。当該方法としては、1つの方法のみを採用してもよく、2種類以上の方法の組み合わせを採用してもよい。前記乾燥工程を実施することによって、含水率が低く、乾燥状態の吸水材を良好に製造することができる。
 [3-6.キレート剤混合工程]
 本発明の製造方法は、前記単量体水溶液または前記有機多孔質体と、キレート剤とを混合するキレート剤混合工程を含み得る。前記有機多孔質体は、前記重合工程で得られる有機多孔質体であってもよく、前記後架橋工程後に得られる表面架橋された有機多孔質体であってもよい。
 前記キレート剤混合工程で使用されるキレート剤の種類および使用量は、特に限定されず、前記〔2.吸水材〕の[2-4.キレート剤]の欄に示したキレート剤の種類および含有量に関する記載を援用することができる。
 [3-7.無機微粒子混合工程]
 本発明の製造方法は、前記有機多孔質体と、無機微粒子とを混合する無機微粒子混合工程を含み得る。前記有機多孔質体は、前記重合工程で得られる有機多孔質体であってもよく、前記後架橋工程後に得られる表面架橋された有機多孔質体であってもよい。
 前記無機微粒子添加工程で使用される無機微粒子の種類および使用量は、特に限定されず、前記〔2.吸水材〕の[2-5.無機微粒子]の欄に示した無機微粒子の種類および含有量に関する記載を援用することができる。
 [3-8.その他の添加剤の混合工程]
 本発明の製造方法は、前記有機多孔質体と、その他の添加剤とを混合する工程を含み得る。前記有機多孔質体は、前記重合工程で得られる有機多孔質体であってもよく、前記後架橋工程後に得られる表面架橋された有機多孔質体であってもよい。
 当該工程で使用されるその他の添加剤の種類および使用量は、特に限定されず、前記〔2.吸水材〕の[2-6.その他の添加剤]の欄に示したその他の添加剤の種類および含有量に関する記載を援用することができる。
 [3-9.回収工程]
 本発明の製造方法は、製造した有機多孔質体から微粉を分離、回収する回収工程を含み得る。分離した前記微粉を、前記O/Wエマルジョン調製工程、前記O/W/Oエマルジョン調製工程といった各工程に添加し再利用してもよい。
 本発明の一実施形態は、以下の[1]~[13]に示す発明を含み得る。
 [1](メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体を含む吸水材であって、
 遠心分離機保持容量(CRC)が、5~25g/gであり、
 嵩比重が、0.3g/ml未満であり、かつ、
 前記架橋重合体の中和率が、70モル%未満である、吸水材。
 [2]生理食塩水の吸水速度(Vortex)が、10秒以下である、[1]に記載の吸水材。
 [3]自由膨潤倍率(FSC)が、35g/g以上である、[1]または[2]に記載の吸水材。
 [4]以下の式(1)で表される離水率が、40%以上である、[1]~[3]の何れか1つに記載の吸水材。
 離水率[%]={(FSC[g/g]-CRC[g/g])/FSC[g/g]}×100・・(1)
 [5]前記吸水材がキレート剤を含む、[1]~[4]の何れか1つに記載の吸水材。
 [6]前記吸水材が無機微粒子を含む、[1]~[5]の何れか1つに記載の吸水材。
 [7](メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体を含む吸水材の製造方法であって、
 中和率が70モル%未満の単量体水溶液に、第1界面活性剤の存在下で第1溶媒を、前記単量体水溶液に対する前記第1溶媒の体積比率が2.5以上となるように内包させてO/Wエマルジョンを得る、O/Wエマルジョン調製工程、
 前記O/Wエマルジョンを、第2溶媒に分散させてO/W/Oエマルジョンを得る、O/W/Oエマルジョン調製工程、及び、
 前記O/W/Oエマルジョン中で前記単量体水溶液に含まれる単量体を重合させて、有機多孔質体を調製する重合工程、
を含む、吸水材の製造方法。
 [8]前記単量体水溶液は、重合開始剤を含み、
 前記重合開始剤は、アゾ系開始剤および/または過硫酸塩である、[7]に記載の吸水材の製造方法。
 [9]前記単量体水溶液は、内部架橋剤を含み、
 前記内部架橋剤は、多官能のアクリレート系架橋剤、アクリルアミド系架橋剤、およびグリシジルエーテル系架橋剤からなる群より選択される少なくとも1種である、[7]または[8]に記載の吸水材の製造方法。
 [10]前記第1界面活性剤が、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンのブロック共重合体である、[7]~[9]の何れか1つに記載の吸水材の製造方法。
 [11]前記第2溶媒は、第2界面活性剤を含有する、[7]~[10]の何れか1つに記載の吸水材の製造方法。
 [12]前記第2界面活性剤が、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステルおよびポリグリセリン脂肪酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、[11]に記載の吸水材の製造方法。
 [13]前記第1溶媒と前記第2溶媒とが同一種類である、[7]~[12]の何れか1つに記載の吸水材の製造方法。
 [14][1]~[6]の何れか1つに記載の吸水材と、吸水性樹脂粒子と、を含む複合吸収体。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 [物性値の測定・算出]
 実施例1~6および比較例2で製造した吸水材1~6および比較用吸水材1の物性値を、以下の方法によって測定・算出した。
 <遠心分離機保持容量(CRC)>
 吸水材のCRCを、NWSP 241.0.R2(15)に準拠して測定した。具体的には、吸水材0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して吸水材を自由膨潤させ、その後、遠心分離機(250G)を用いて3分間脱水した後に、CRC(単位:g/g)を測定した。
 <嵩比重>
 容積10mL(内径2.5cm)の円柱状プラスチック容器に、吸水材を、山盛りになって容器外部にこぼれるまで投入した後、平らなすりきり棒を用いて当該容器上面で当該吸水材を擦り切った。この際、前記吸水材が、前記容器内部に密に充填されることを防ぐため、当該容器には可能な限り振動を与えないように作業した。その後、前記吸水材を前記容器内に充填する前後での当該容器の重量の変化(差)から、当該容器に充填された当該吸水材の重量を算出した。その重量を、前記容器の容積(10mL)で割ることにより、当該吸水材の嵩比重(単位:g/mL)を求めた。
 <吸水速度(Vortex)>
 0.90重量%塩化ナトリウム水溶液(生理食塩水)1000重量部に食品添加物である食用青色1号0.02重量部を添加し、液温を30℃に調整した。その生理食塩水50mlを100mlビーカーに計り取り、長さ40mm、太さ(円筒の長さ方向に垂直な断面の直径)8mmの円筒型攪拌子で600rpmで攪拌する中に、吸水材2.0gを投入し、当該吸水材のVortex(吸水速度:秒)を測定した。
 前記吸水速度の測定の終点は、JIS K 7224-1996「高吸水性樹脂の吸水速度試験方法 解説」に記載されている基準に準じ、試料が生理食塩水を吸液してスターラーチップを試験液で覆うまでの時間(Vortex:秒)を吸水速度(秒)として測定した。
 <自由膨潤倍率(FSC)>
 吸水材のFSCを、NWSP 240.0.R2(15)に準拠して測定した。具体的には、吸水材0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.90質量%塩化ナトリウム水溶液中に30分間浸漬して自由膨潤させた。その後、袋を引き上げ、10分間吊り下げて水切りをした後の吸水倍率(単位:g/g)を求めた。
 <離水率>
 前記吸水材のCRCおよびFSCを用いて、以下の式(1)に基づき、吸水材の離水率を算出した。
離水率[%]={(FSC[g/g]-CRC[g/g])/FSC[g/g]}×100・・(1)
 <pH>
 吸水材のpHを、NWSP 200.0.R2 (15)に準拠して測定した。具体的には、23℃の0.90質量%塩化ナトリウム水溶液100mlをビーカーに計り取った。次に、長さ40mm、太さ(円筒の長さ方向に垂直な断面の直径)8mmの円筒型攪拌子で、前記ビーカー内の塩化ナトリウム水溶液を、150rpmで攪拌させながら、当該塩化ナトリウム水溶液内に吸水材0.5gを投入した。続いて、前記塩化ナトリウム水溶液を10分間撹拌し、前記吸水材を膨潤させた。その後、前記塩化ナトリウム水溶液の中にpH電極を差し込み、値が安定した時点のpHを読み取った。
 <質量平均粒子径(D50)>
 吸水材の質量平均粒子径(D50)を、米国特許第7638570号のカラム27、28に記載された「(3)Mass-Average Particle Diameter (D50) and Logarithmic Standard Deviation (σζ) of Particle Diameter Distribution」に準拠して測定した。
 <微粉増加量(ダメージ試験)>
 吸水材の微粉増加量は、下記の通り測定した。
 容量242ml(内蓋付き容量225ml)のガラス製容器(山村硝子社製マヨネーズ瓶、直径6cm、高さ11cm)に、直径6mmのガラスビーズ(精密分留充填用ソーダ石灰ガラスビーズ)10g、吸水剤3gを入れた。当該容器用の樹脂性内蓋(材質:ポリエチレン)及び外蓋(材質:ポリプロピレン)をした後、ペイントシェーカー(東洋製機製作所 製品No.488)に取り付け、800cycle/min(CPM)で10分間振盪することで、吸水材に機械的ダメージを付与した。
 次に、ダメージ試験前後のサンプルを目開き150μmのJIS標準篩で篩い、篩を通過した微粉の試験試料に対する比率を微粉量(重量%)とし、試験前後での増加量(試験後の微粉量-試験前の微粉量)を算出した。
 [実施例1]
 (1)O/Wエマルジョンの調製
 攪拌機、滴下ロート、窒素ガス吹き込み用フッ素樹脂製チューブおよび温度計を備えた1000mLの四ツ口セパラブルフラスコ(1)(以下、「フラスコ(1)」と称する)を準備した。前記フラスコ(1)内に、アクリル酸16.85g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液39.63gおよびメチレンビスアクリルアミド2.00gを仕込んだ。前記アクリル酸(塩)の中和率は40モル%であった。続いて、前記フラスコ(1)に、ヒドロキシエチルセルロース0.64gを投入し、攪拌した。
 また、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合体〔旭電化工業(株)製、商品名:アデカプルロニックF-108、質量平均分子量:15500〕2.27gをイオン交換水21.61gに溶解させた、水溶液Aを調製した。さらに、2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩0.05gをイオン交換水2.59gに溶解させた、水溶液Bを調製した。
 前記フラスコ(1)に、前記水溶液Aおよび前記水溶液Bを加えて混合および溶解させ、単量体水溶液を調製した。次に、この単量体水溶液を回転数600rpmで攪拌しながら、当該単量体水溶液に対してn-ヘプタン433.3g(646mL)を11mL/分の流量で滴下した。その結果、前記n-ヘプタンが前記単量体水溶液に分散したO/Wエマルジョンを得た。前記O/WエマルジョンのO/W体積比率は、88/12=7.3であった。
 (2)O/W/Oエマルジョンの調製
 攪拌機、還流冷却管、窒素ガス吹き込み用フッ素樹脂製チューブおよび温度計を備えた2000mLの四ツ口セパラブルフラスコ(2)(以下、「フラスコ(2)」と称する)を準備し、前記フラスコ(2)内に、n-ヘプタン670g(1000mL)を注いだ。続いて、前記フラスコ(2)内に、ショ糖脂肪酸エステル〔三菱化学フーズ(株)製、商品名:S-370〕3.11gと無水マレイン酸変性ポリエチレン〔三井化学(株)、商品名:HI-WAX1105A〕3.11gとを添加した。
 次に、前記フラスコ(2)内に窒素ガスを100mL/分の流量で吹き込んだ状態で撹拌しながら、当該フラスコ(2)を80℃の湯浴に浸漬して、フラスコ内が均一になるまで攪拌した。その後、前記攪拌機の回転数を700rpmとして攪拌しながら前記フラスコ(2)内が60℃になるまで放冷した。その後、前記フラスコ(2)内に、前記(1)で調製したO/Wエマルジョンを60mL/分の流量で滴下して、O/W/Oエマルジョンを調製した。
 (3)重合および乾燥
 前記(2)で調製したO/W/Oエマルジョン入りの前記フラスコ(2)を70℃の湯浴に浸漬して、当該O/W/Oエマルジョンの温度を上昇させ、前記攪拌機の回転数を700rpmとして攪拌しながら、重合反応を1.5時間行った。続いて、前記重合反応後の前記O/W/Oエマルジョンに対して、100℃の条件下で共沸蒸留を実施することにより脱水処理を行い、スラリーを得た。
 目開き125μmの篩を使用するろ過操作により、前記スラリーから溶媒を除去してろ過物を得た。当該ろ過物を60℃で2時間減圧乾燥し、質量平均粒子径が554μmの有機多孔質体35gを製造した。当該有機多孔質体を吸水材1とした。
 [実施例2]
 以下の(i)および(ii)に示す変更点以外は、実施例1と同一の方法によって有機多孔質体を製造した。なお、実施例2で使用したアクリル酸(塩)の中和率は50モル%であった。
 (i)アクリル酸の使用量を13.67gに変更したこと。
 (ii)37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液の使用量を48.23gに変更したこと。
 製造された有機多孔質体は、質量平均粒子径が524μmであり、その質量は34gであった。当該有機多孔質体を吸水材2とした。
 [実施例3]
 以下の(iii)および(iv)に示す変更点以外は、実施例2と同一の方法によって有機多孔質体を製造した。なお、実施例3で使用したアクリル酸(塩)の中和率は実施例2と同様に50モル%であった。
 (iii)メチレンビスアクリルアミド2.00gをポリエチレングリコールジアクリレート(n-9)6.59gに変更したこと。
 (iv)2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ニ塩酸塩の水溶液を、過硫酸ナトリウム0.05gをイオン交換水0.4gに溶解させてなる水溶液に変更したこと。
 製造された有機多孔質体は、質量平均粒子径が542μmであり、その質量は34gであった。当該有機多孔質体を吸水材3とした。
 [実施例4]
 以下の(v)および(vi)に示す変更点以外は、実施例2と同一の方法によって有機多孔質体を製造した。なお、実施例4で使用したアクリル酸(塩)の中和率は実施例2と同様に50モル%であった。また、実施例4のO/WエマルジョンのO/W体積比率は、76/24=3.2であった。
 (v)O/Wエマルジョン調製時のn-ヘプタンの使用量を216.7g(323mL)に変更したこと。
 (vi)O/W/Oエマルジョン調製時の撹拌機の回転数を350rpmに変更したこと。
 製造された有機多孔質体は、質量平均粒子径が478μmであり、その質量は33gであった。当該有機多孔質体を吸水材4とした。
 [実施例5]
 以下の(vii)および(viii)に示す変更点以外は、実施例1と同一の方法によって有機多孔質体を製造した。なお、実施例5で使用したアクリル酸(塩)の中和率は60モル%であった。
 (vii)アクリル酸の使用量を10.66gに変更したこと。
 (viii)37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液の使用量を56.36gに変更したこと。
 製造された有機多孔質体は、質量平均粒子径が488μmであり、その質量は35gであった。当該有機多孔質体を吸水材5とした。
 [実施例6]
 実施例2で得られた有機多孔質体に、以下の(ix)および(x)の工程を実施して、有機多孔質体を作製した。
 (ix)実施例2で得られた有機多孔質体100質量部に対し、純水1.0質量部およびジエチレントリアミン5酢酸・3ナトリウム(DTPA・3Na)0.01質量部を均一に混合した。その後、無風条件下、60℃で45分間加熱処理した後、目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。
 (x)(ix)の工程を経て得た有機多孔質体100質量部にシリカ(製品名アエロジル200CF、日本アエロジル株式会社製)1.0質量部を混合した。混合は、有機多孔質体6gをダメージ試験で用いる山村硝子社製マヨネーズ瓶にシリカと共に入れ、内蓋及び外蓋を締めたのち、ペイントシェーカー(東洋精機製)の振動(室温下で1分間)を加えることによって行った。
 製造された有機多孔質体は、質量平均粒子径が520μmであった。当該有機多孔質体を吸水材6とした。
 [比較例1]
 以下の(xi)および(xii)に示す変更点以外は、実施例1と同一の方法を実施した。なお、比較例1で使用したアクリル酸(塩)の中和率は75モル%であった。
 (xi)アクリル酸の使用量を6.41gに変更したこと。
 (xii)37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液の使用量を67.85gに変更したこと。
 その結果、O/Wエマルジョン調製時に単量体水溶液とn-ヘプタンとが乳化せず相分離したため、有機多孔質体を製造することができなかった。
 [比較例2]
 特許文献1の実施例1と同一の方法、具体的には以下に示す方法で有機多孔質体を製造した。
 メタクリル酸t-ブチル9.2g、ジビニルベンゼン0.28g、ソルビタンモノオレエート1.0gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.4gを混合し、均一に溶解させ、混合物を得た。
 当該混合物を撹拌しながら、当該混合物に対して180gの純水を添加して、油中水滴型エマルジョンを得た。前記油中水滴型エマルジョンのO/W体積比率は8/92=0.087であった。
 得られたエマルジョンを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で60℃、24時間の条件下で、当該エマルジョン中の単量体を重合させた。
 重合終了後、前記反応容器の内容物を取り出し、1cm角に粗砕した後、当該内容物に対してメタノールを用いた抽出操作を行い、抽出物を得た。その後、得られた抽出物を減圧乾燥させ、乾燥物を得た。
 得られた乾燥物を、臭化亜鉛を入れたジクロロエタンに浸漬させ、続いて、40℃の条件下で24時間撹拌した後、メタノール、4%塩酸、4%水酸化ナトリウム水溶液、水の順で接触させて、当該乾燥物の加水分解を行った。得られた加水分解物を乾燥後、粉砕および分級し、質量平均粒子径が500~850μmの範囲にある有機多孔質体を取得した。当該有機多孔質体を、比較用吸水材1とした。
 [結論]
 実施例1~6および比較例1~2の製造条件、並びに、前述の方法で測定および算出した、吸水材1~6および比較用吸水材1の物性値を、以下の表1、表2に示す。
 表1に示す通り、実施例1~6の吸水材の製造方法は、単量体水溶液の中和率が70モル%未満であり、かつ、O/WエマルジョンのO/W体積比率が2.5以上であり、本発明の製造方法の要件を充足している。よって、実施例1~6の吸水材の製造方法は、本発明の製造方法に該当する。
 また、実施例1~6での単量体水溶液の中和率が70モル%未満であるため、吸水材1~6の架橋重合体の中和率も70モル%未満であることは明らかである。さらに、吸水材1~6は、表2に示す通り、CRCが、5~25g/gであり、かつ、嵩比重が、0.3g/ml未満である。よって、吸水材1~6は、本発明の吸水材に該当する。
 よって、本発明の製造方法によって、本発明の吸水材を製造できることが分かる。
 表2に示す通り、吸水材1~6は、pHが4.7~5.6であり、弱酸性となっている。よって、吸水材1~6は、使用者の肌荒れ等を従来の吸水材よりも低減できることが分かる。また、吸水材1~6は、Vortexの値が充分小さく、かつ、離水率が十分高いため、吸水速度および離水率の双方に優れると言える。
 以上のことから、本発明の吸水材は、使用者の肌荒れ等を従来の吸水材よりも低減でき、かつ、吸水速度および離水率の双方に優れることが分かった。また、本発明の製造方法は、前記吸水材を製造できることが分かった。
 なお、比較例1に示すような従来の製造方法では、O/W体積比率を2.5以上とした場合は吸水材を製造できなかった。一方、実施例1~6と比較例1との比較から、本発明の製造方法は、単量体水溶液の中和率を70モル%未満に調節することによって、O/W体積比率を2.5以上とした場合であっても、吸水材を製造できることが示された。
 本発明は、使用者の肌荒れ等を従来の吸水材よりも低減すること、並びに高吸水速度および高離水率を発揮することが要求される用途に好ましく用いることができる。前記用途としては、例えば、紙オムツおよび生理用ナプキン、吸水ショーツ/パッド等の尿漏れ対応パッド、母乳パッド等の衛生材料に従来使用されているパルプ等の親水性繊維の代替物として使用すること、または上記の衛生材料の吸水性ポリマーとして使用することなどを挙げることができる。またその他の用途の一例としては、例えば、土壌保水剤、育苗用シート、種子コーティング材、結露防止シート、ドリップ吸収材、鮮度保持材、使い捨てカイロ、冷却用バンダナ、保冷剤、医療用廃液固化剤、残土固化材、水損防止廃液ゲル化剤、吸水土のう、災害用簡易トイレ、湿布材、化粧品用増粘剤、電気・電子材料通信ケーブル用止水材、ガスケットパッキング、肥料用徐放剤、各種徐放剤(空間除菌剤、芳香剤等)、ペットシート、ネコ砂、創傷保護用ドレッシング材、結露防止用建築資材および油中水分除去剤が挙げられる。
 1 第1溶媒
 2 単量体水溶液
 3 第2溶媒
 4 O/Wエマルジョン
 5 有機多孔質体

Claims (14)

  1.  (メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体を含む吸水材であって、
     遠心分離機保持容量(CRC)が、5~25g/gであり、
     嵩比重が、0.3g/ml未満であり、かつ、
     前記架橋重合体の中和率が、70モル%未満である、吸水材。
  2.  生理食塩水の吸水速度(Vortex)が、10秒以下である、請求項1に記載の吸水材。
  3.  自由膨潤倍率(FSC)が、35g/g以上である、請求項1または2に記載の吸水材。
  4.  以下の式(1)で表される離水率が、40%以上である、請求項1~3の何れか1項に記載の吸水材。
     離水率[%]={(FSC[g/g]-CRC[g/g])/FSC[g/g]}×100・・(1)
  5.  前記吸水材がキレート剤を含む、請求項1~4の何れか1項に記載の吸水材。
  6.  前記吸水材が無機微粒子を含む、請求項1~5の何れか1項に記載の吸水材。
  7.  (メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位を主成分とする架橋重合体により形成された連続骨格と、連続空孔とを有する有機多孔質体を含む吸水材の製造方法であって、
     中和率が70モル%未満の単量体水溶液に、第1界面活性剤の存在下で第1溶媒を、前記単量体水溶液に対する前記第1溶媒の体積比率が2.5以上となるように内包させてO/Wエマルジョンを得る、O/Wエマルジョン調製工程、
     前記O/Wエマルジョンを、第2溶媒に分散させてO/W/Oエマルジョンを得る、O/W/Oエマルジョン調製工程、及び、
     前記O/W/Oエマルジョン中で前記単量体水溶液に含まれる単量体を重合させて、有機多孔質体を調製する重合工程、
    を含む、吸水材の製造方法。
  8.  前記単量体水溶液は、重合開始剤を含み、
     前記重合開始剤は、アゾ系開始剤および/または過硫酸塩である、請求項7に記載の吸水材の製造方法。
  9.  前記単量体水溶液は、内部架橋剤を含み、
     前記内部架橋剤は、多官能のアクリレート系架橋剤、アクリルアミド系架橋剤、およびグリシジルエーテル系架橋剤からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項7または8に記載の吸水材の製造方法。
  10.  前記第1界面活性剤が、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン-ポリオキシエチレンのブロック共重合体である、請求項7~9の何れか1項に記載の吸水材の製造方法。
  11.  前記第2溶媒は、第2界面活性剤を含有する、請求項7~10の何れか1項に記載の吸水材の製造方法。
  12.  前記第2界面活性剤が、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステルおよびポリグリセリン脂肪酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項11に記載の吸水材の製造方法。
  13.  前記第1溶媒と前記第2溶媒とが同一種類である、請求項7~12の何れか1項に記載の吸水材の製造方法。
  14.  請求項1~6の何れか1項に記載の吸水材と、吸水性樹脂粒子と、を含む複合吸収体。
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