JP2786974B2 - 高吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高吸水性樹脂の製造方
法に関する。さらに詳しくは、高吸引力及び優れたゲル
強度を有する高吸水性樹脂を製造する方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術及び本発明が解決しようとする課題】吸水
性材料としては、スポンジ、パルプ及び紙などの天然材
料と−ＯＨ、−ＮＨ2 、−ＣＯＯＨとなどの親水性基を
有する材料などを塩により部分中和させて作った合成材
料が挙げられる。従来には、スポンジ、パルプ及び紙な
どの天然材料などが衛生用材料及び農業用材料として広
く用いられてきた。しかしながら、これらは物理的な方
法により水を吸い込むメカニズムを有しているので低吸
水能を有しており、またこれらに僅かな圧力を加えても
吸水された水が大部分漏れ戻るという問題点がある。こ
のような問題点を補うために理化学的方法により水を吸
い込むメカニズムを有する合成物質が要求されており、
その主な例としては部分架橋させてポリアクリル酸塩、
鹸化させた澱粉−アクリロリトリルグラフト共重合体、
架橋させたセルロ−ス−アクリル酸塩グラフト共重合体
などが挙げられる。かくして作られた合成物質などは生
理用品、おむつ及び衛生用ナフキンなどの衛生分野及び
土木、園芸分野に主に用いられている。また、浸積物の
凝集、油から脱水及び建築資材の露凝縮防止の目的など
様々の分野で用いられている。その中にも高吸水性樹脂
の主な用途は衛生材料分野である。今まで衛生材料分野
において、とくに一回用おむつ（使い捨ておむつ）や生
理用品においては分泌物をパルプが先ず吸い込んでさら
に吸水性樹脂がパルプから吸い込むのでパルプから吸い
込む力、すなわち吸引力と吸水した後、粘着性のある状
態を保持するための吸水された後の保水力、すなわち、
ゲル強度が最も重要である。

【０００３】米国特許第４４９７９３０号では重合後重
合体に基づいて１０ないし４０重量％の水が重合体内に
存在するように脱水させた後、カルボキシル基又はカル
ボキシルラート基と反応できる少なくとも２個以上の反
応基を有する架橋剤の存在下に前記重合体を架橋結合さ
せる、吸水性重合体の製造方法が記述されているが、こ
の方法は架橋剤と共に、ただ架橋剤を溶解し得るほどの
水のみを用いたので架橋剤と共に添加した水の量が少な
過ぎて重合体の表面にだけ少量の架橋剤が浸透し、重合
体内部には架橋剤が浸透せず吸水能及び吸水速度のみ高
く吸引力及びゲル強度は著しく減少して衛生材料として
用いることが困難である。また、米国特許第４５４１８
７１号では、カルボキシルラート基を有する樹脂を樹脂
の重量の０.０１ないし１.３重量部の水を添加した後、
０.００５ないし５重量％の架橋剤を添加して架橋反応
させる方法が記述されているが、この方法では脱水の
間、添加した水の量の０.５重量部以下の水だけ除去さ
れるので吸引力及びゲル強度を高めることができない。
前記のように、従来特許の樹脂などの場合、吸水能及び
吸水速度は大きいが吸引力及びゲル強度は著しく劣るの
で衛生材料として使用することが困難である。従って、
現在衛生材料分野においてパルプを通って水を吸い込む
能力（吸水力）及び水を吸い込んだ後の保水力（ゲル強
度）の改善が大きく要求されている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明においては前記課
題を解決すべく研究した結果、高い吸い込み力及び優れ
たゲル強度を有している高吸水性樹脂を製造する方法を
完成することに至った。すなわち、本発明は（Ｉ）水に
溶解させた部分中和されたカルボキシル基含有ラジカル
重合性不飽和単量体を親油性溶媒中で重合させ、親油性
溶媒に分散された、水分を含有する重合体粒子を生成さ
せ、この反応液を共沸蒸留に付し、重合体粒子の含水量
が２５重量％以下となるように重合体粒子から水を除去
する段階、 （II）前記段階(Ｉ)で得られた共沸蒸留の残渣に、親水
性架橋剤および重合体の重量の７.０ないし２５.０重量
％の水からなる親水性架橋剤の水溶液を添加して、重合
体粒子の表面および粒子内に浸透させ、重合体粒子に架
橋反応を行わせ、ついで、この反応液を共沸蒸留に付
し、親水性架橋剤の水溶液として添加された水の６０重
量％以上の水を除去し、乾燥させる段階を含む高吸水性
樹脂の製造方法を提供するものである。

【０００５】前記工程中、重合体内へ水と共に架橋剤も
浸透するので重合体の表面には多量、かつ重合体内部に
は少量架橋剤が存在することになる。その後、水が適宜
除去されるように溶媒の沸点で反応させると重合体の表
面には架橋度が高く、かつ内部には低くなった吸引力及
びゲル強度が極めて優れた高吸水性樹脂を得ることにな
る。また、本発明は前記段階（II）と段階（III）の間
に、親油性溶媒を除去した後前記親水性架橋剤及び親水
性溶媒の混合溶液を投入して段階（III）において架橋
させる重合体を２次架橋させる段階をさらに含むことを
特徴とする方法を提供するものである。前記工程中、親
水性溶媒が重合体表面へのみ膨潤しながら親水性溶媒中
に入っている架橋剤が重合体の表面にのみ多量存在する
ことになる。その後、溶媒の沸点で反応させると重合体
の内部には架橋度が低く、かつ表面には高くなる粒子内
部架橋及び粒子表面架橋による高吸引力を有する高吸水
性樹脂を得ることになる。

【０００６】本発明の重合反応で用いるカルボキシル基
含有ラジカル重合性不飽和単量体はアクリル酸、メタク
リル酸などの単量体及び澱粉、セルロ−ス、アガロ−
ス、キチンなどにアクリル酸をグラフトさせた重合体で
あるか、また、アクリル酸またはメタクリル酸をマレイ
ン酸アクリルアミド、２−アクリルアミド−２−メチル
プロパンスルホン酸、２−ヒドロキシエチルメタクリル
ラートなどと適当な割合で共重合体させた重合体であ
る。前記単量体あるいは重合体の中和にはアルカリ金属
の水酸化物、望ましくは水酸化ナトリウムが挙げられ
る。アクリル酸の中和度は５０ないし１００モル％が適
当であり、６０ないし８０モル％が好適である。中和度
が５０モル％以下であれば、塩の濃度が少なくて水に対
する電荷密度が小さいので浸透圧が少なくなるので所望
の高吸水性を得ない。また、前記単量体あるいは重合体
は２０ないし７０％、望ましくは４０ないし、これらの
重合には逆相懸濁重合方法が用いられ、この時用いられ
る親油性溶媒としては沸点が３０ないし２００℃である
脂肪族または芳香族炭化水素、たとえば、ｎ−ヘキサ
ン、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、キシレン、トルエン、シ
クロペンタン、シクロヘキサンなどが挙げられ、シクロ
ヘキサンが好適である。重合の際、溶媒の使用量は用い
られた単量体または重合体の１重量部に対し０.１ない
し５０重量部が望ましく、０.５ないし３０重量部が好
適である。

【０００７】重合の際、分散剤としてＨＬＢ（親油親水
バランス）値が８ないし１２であるソルビタンモノラウ
レートが望ましくはロトシュガーエステル（三菱フッド
・コーポレーション）が挙げられる。また、重合開始剤
として水溶性ラジカル重合開始剤、たとえば、過硫酸ア
ンモニウム、過硫酸カリウム（望ましい）及び過酸化水
素を単独または２種以上組み合わせて用いることができ
る。前記重合体を共沸蒸留により重合中または重合後に
脱水させる。本発明においてその効果を奏するために
は、重合体内の含水量は重合体の２５重量％以下となる
ように調節すべきであり、この範囲を外すと吸水能が著
しく減少する。架橋過程で用いられる架橋剤は親水性ま
たは水溶性であるものとしてカルボキシル基またはカル
ボキシルラート基と反応できるエポキシ基を２個以上有
することを用いるのが望ましい。その例としては、エチ
レングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンポリ
グリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリ
シジルエーテル及びソルビトールポリグリシジルエーテ
ルなどがあり、エチレングリコールジグリシジルエーテ
ルが好適である。架橋剤の使用量は用いられる架橋剤の
種類と重合体とにより異なるが、通常重合体の０.００
５ないし５.０重量％である。架橋剤と共に用いられる
水の量は吸引力及びゲル強度が優れた高吸水性樹脂を得
るために重合体の７.０ないし２５.０重量％が適当であ
る。添加する水の量が７.０重量％以下であれば、吸水
能は増加するが、吸引力及びゲル強度が急激に劣り、２
５.０重量％以上であれば、吸水能が急激に劣ることに
なる。

【０００８】また、吸引力及びゲル強度が優れ、吸水能
が適当な高吸水性樹脂を得るためには架橋反応時、添加
された水の量の６０重量％以上の水を除去しなければな
らない。６０重量％以下の水を除去すれば吸引力及び吸
水能が急激に減少するので所望の高吸水性樹脂を得にく
い。本発明の他の態様においては前記の通り、親油性溶
媒を除去した親水性架橋剤と親水性溶媒との混合溶液を
添加して前記架橋結合された重合体を２次架橋結合させ
ることを含んでいる方法により吸水性樹脂を製造するこ
とができる。 ２次架橋段階では親水性溶媒の沸点やそ
れ以上の温度で行うことができる。

【０００９】重合体１重量部に対して０.５ないし５.０
重量％の親水性架橋剤及び重合体の１重量部に対して
１.７ないし２.７重量部の親水性溶媒を用いるのが望ま
しく、親水性溶媒としてはメタノール（望ましい）また
はエタノールが適する。前記親水性溶媒を１.７重量部
以下で用いると固体化現像が発生し、２.７重量部以上
用いると溶媒に溶解されている架橋剤が重合体と接触し
得る機会が少なくなって重合体表面を架橋させる効果が
劣る。かくして得られた重合体は瀘過などの方法により
溶媒を除去し、乾燥により回収することができ、前記瀘
過及び乾燥は通常知られている方法を用いることができ
る

【００１０】以下実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。実施例において吸引力は、カラム法を用いたも
のとして吸水性樹脂１ｇに対する１、２、３、４及び５
分間の吸水量（ｍｌ／ｇ）を０.９％塩化ナトリウム水
溶液により測定したものであり、吸水能（倍）は吸水性
樹脂１ｇを０.９％塩化ナトリウム水溶液に入れて３０
分後に８０メシュの篩で瀘過してゲルの重さを測定し
た。またゲル強度は脱イオン水で飽和膨潤した吸水性樹
脂を手で加圧して評価した。

【００１１】実施例１ 撹拌器、ディーン・スターク装置、還流冷却器、圧力調
整式漏斗及び窒素吸込管付きの５００ｍｌ容量の４頸丸
低フラスコに、シクロヘキサン１６０ｇ及びロトシュガ
ーエステル分散剤Ｓ−９７０（ロト・シュガー・エステ
ル、ミツビシ・フッド・コーポレーション製）（ＨＬＢ
値＝９.０）１.０ｇを入れて、フラスコに入っている酸
素を除去するために窒素気体を注入し、浴温を７５℃ま
で上げた。さらに他の２００ｍｌのフラスコにアクリル
酸３０.９ｇを入れて常温に冷却し、水酸化ナトリウム
水溶液４９.１ｇ（水酸化ナトリウム９.２ｇ含む）を徐
々に添加して中和度６０％及び単量体濃度４５重量％で
あるナトリウム塩溶液を製造した。このアクリル酸ナト
リウム塩溶液に過硫酸カリウム０.１ｇを蒸留水３ｇに
溶かした溶液を添加してよく撹拌した。次に、この溶液
をシクロヘキサンと分散剤（ロトシュガ−エステルＳ−
９７０）とが入っているフラスコに圧力調整式漏斗を介
して注入して反応させた。重合体が生成すると浴温を９
０℃まで上げ、生成された重合体内の含水量が２０重量
％となるようにするために共沸蒸留により水３８ｇを除
去した後、エチレングリコールジグリシジルエーテル
０.２ｇを水５ｇに溶解した水溶液を添加して架橋反応
させた。架橋反応はディーン・スターク装置を用いて水
５ｇが除去されるまで続けた。反応終了後、得られた重
合体を減圧下に乾燥して吸引力、吸水能及びゲル強度を
測定した。この結果を表３に示した。

【００１２】実施例２ないし５ 架橋反応のための架橋結合剤を溶解するのに用いた水の
量と、脱水過程中の水の除去量とを次の表１のように変
化させた以外には実施例１と同様に行なった。その結果
を表３に示した。

【表１】 表 １ 水の使用量（ｇ） 水の除去量（ｇ） 実施例２ ５ １０ 実施例３ ６ １１ 実施例４ ７ １２ 実施例５ ９ １４ 実施例６ ０.５ｇのエチレングリコールジグリシジルエーテルを
水６ｇに溶解した溶液を用いた以外には実施例１と同様
に行なった。脱水過程中、５ｇの水を除去した。その結
果を表３に示した。

【００１２】実施例７ 撹拌器、ディーン・スターク装置、還流冷却器、圧力調
整式漏斗及び窒素吸込管付きの５００ｍｌ容量の４頸丸
低フラスコに、シクロヘキサン１６０ｇ及びロトシュガ
−エステル分散剤Ｓ−９７０（ＨＬＢ＝９.０）１.０ｇ
を入れて、フラスコに入っている酸素を除去するために
窒素気体を注入し、浴温を７５℃まで上げた。さらに他
の２００ｍｌのフラスコにアクリル酸３０.９ｇを入れ
て常温に冷却し、水酸化ナトリウム水溶液４９.１ｇ
（水酸化ナトリウム９.２ｇ含む）を徐々に添加して中
和度６０％及び単量体の濃度が４５重量％であるナトリ
ウム塩溶液を製造した。このアクリル酸ナトリウム塩溶
液に過硫酸カリウム０.１ｇを蒸留水３ｇに溶かした溶
液を添加してよく撹拌した。次に、この溶液をシクロヘ
キサンと分散剤とが入っているフラスコに圧力調整式漏
斗を介して注入して反応させた。重合体が生成すると浴
温を９０℃まで上げ、生成した重合体内の含水量が２０
重量％となるようにするために共沸蒸留により水３８ｇ
を除去した後、エチレングリコールジグリシジルエーテ
ル０.２ｇを水３ｇに溶かした水溶液を入れて架橋反応
させた。架橋反応中にディーン・スターク装置を用いて
水５ｇを除去した。反応が終了した後、シクロヘキサン
を除去し、メタノール１００ｇにエチレングリコールジ
グリシジルエーテル０.３ｇを混合した溶液をさらに添
加した後９０℃で２時間反応させた。反応完了後、瀘過
によりメタノールを除去した後、得られた重合体を減圧
下に乾燥して吸引力、吸水能及びゲル強度を測定した。
これらの結果を表３に示した。

【００１３】実施例８ないし１０ 架橋結合剤の溶解に用いた水の量と、追加の架橋時用い
たメタノールの量を次の表２ように変化させた以外には
実施例１と同様に行なった。その結果を表３に示した。

【表２】 表 ２ 表２水の使用量（ｇ） メタノールの使用量（ｇ） 実施例８ ５ １００ 実施例９ ５ ８０ 実施例１０ １０ １００ 実施例１１ 追加の架橋時メタノール１００ｇに０.５ｇのエチレン
グリコールジグリシジルエーテルを溶かした溶液を用い
た以外には実施例８と同様に行なった。その結果を表３
に示した。

【００１４】実施例１２ １次架橋時水５ｇと共に０.５ｇのエチレングリコール
ジグリシジルエーテルを用いた以外には実施例８と同様
に行なった。その結果を表３に示した。

【００１５】比較例１ 撹拌器、ディーン・スターク装置、還流冷却器、圧力調
整式漏斗及び窒素吸込管付きの５００ｍｌ容量の４頸丸
低フラスコに、シクロヘキサン１６０ｇ及びロトシュガ
ーエステル分散剤Ｓ−９７０（ＨＬＢ＝９.０）１.０ｇ
を入れて、フラスコに入っている酸素を除去するために
窒素気体を注入し、浴温を７５℃まで上げた。さらに他
の２００ｍｌのフラスコにアクリル酸３０.９ｇを入れ
て常温に冷却し、水酸化ナトリウム水溶液４９.１ｇ
（水酸化ナトリウム９.２ｇ含む）を徐々に添加して中
和度６０％及び単量体の濃度が４５重量％であるナトリ
ウム塩溶液を製造した。このアクリル酸ナトリウム塩溶
液に過硫酸カリウム０.１ｇを蒸留水３ｇに溶かした溶
液を添加してよく撹拌した。次に、この溶液をシクロヘ
キサンと分散剤が入っているフラスコに圧力調整式漏斗
を介して注入して反応させた。重合体が生成すると浴温
を９０℃まで上げ、生成した重合体内の含水量が２０重
量％となるようにするために共沸蒸留により水３８ｇを
除去した後、常温に冷却し、重合体を瀘過し、乾燥して
吸引力、吸水能及びゲル強度を測定した。結果を表３に
示した。

【００１６】比較例２ 共沸蒸留した後、エチレングリコールジグリシジルエー
テル０.２ｇを添加して２時間還流した以外には比較例
１と同様に行なった。その結果を表３に示した。 比較例３ 共沸蒸留した後、エチレングリコールジグリシジルエー
テル０.２ｇと水１ｇとを混合した水溶液を添加して２
時間還流した以外には比較例１と同様に行なった。その
結果を表３に示した。

【００１７】比較例４ 共沸蒸留した後、シクロヘキサンを除去し、メタノール
１６０ｇを加えること以外には比較例１と同様に行なっ
た。続いてエチレングリコールジグリシジルエーテル
０.５ｇを水１５ｇに溶かした溶液を入れて反応物を２
時間還流させたその結果を表３に示した。

【００１８】比較例５ 共沸蒸留した後、シクロヘキサンを除去し、メタノール
１６０ｇにエチレングリコールジグリシジルエーテル
０.５ｇを水１５ｇに溶かした溶液を入れて２時間還流
した以外には比較例１と同様に行なった。その結果を表
３に示した。

【００１９】比較例６ 共沸蒸留した後、シクロヘキサンを除去し、メタノール
１００ｇにエチレングリコールジグリシジルエーテル
０.３ｇを溶かした溶液を入れて２時間還流した以外に
は比較例１と同様に行なった。その結果を表３に示し
た。

【００２０】比較例７ 共沸蒸留した後、脱水過程を行って含水量が４５重量％
となる重合体を得る以外には実施例７と同様に行なっ
た。その結果を表３に示した。

【００２１】比較例８ 共沸蒸留した後、シクロヘキサンを除去し、メタノール
１００ｇを加えること以外には比較例１と同様に行なっ
た。続いてエチレングリコールジグリシジルエーテル
０.３ｇを水１５ｇに溶かした溶液を入れて２時間還流
させた。その結果を表３に示した。

【表３】 前記表３から明らかなように、本発明は優れた吸込力及
びゲル強度の改善された吸水性を有する高吸水性樹脂を
提供する。本発明を具体的な実施例に関連させて説明し
たが、これらに限定されるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リー・ヒョンマン 大韓民国デジョン、ユソング、ドリョン ドン388−11番 ラッキー・ヨンリップ 301 (72)発明者 キム・ミョンジュン 大韓民国デジョン、ユソング、ドリョン ドン386−４番 ラッキー・アパートメ ント・エイ−306 (56)参考文献 特開 平３−195705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−1204（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−213307（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08F 2/00 - 2/32 C08F 6/00 - 6/24

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ｉ）水に溶解させた部分中和されたカ
   ルボキシル基含有ラジカル重合性不飽和単量体を親油性
   溶媒中で重合させ、親油性溶媒に分散された、水分を含
   有する重合体粒子を生成させ、この反応液を共沸蒸留に
   付し、重合体粒子の含水量が２５重量％以下となるよう
   に重合体粒子から水を除去する段階、 （II）前記段階(Ｉ)で得られた共沸蒸留の残渣に、親水
   性架橋剤および重合体の重量の７.０ないし２５.０重量
   ％の水からなる親水性架橋剤の水溶液を添加して、重合
   体粒子の表面および粒子内に浸透させ、重合体粒子に架
   橋反応を行わせ、ついで、この反応液を共沸蒸留に付
   し、親水性架橋剤の水溶液として添加された水の６０重
   量％以上の水を除去し、乾燥させる段階を含む高吸水性
   樹脂の製造方法。
2. 【請求項２】 前記段階（Ｉ）の部分中和においてアル
   カリ金属水酸化物を用いる、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記段階（Ｉ）で用いた親油性溶媒がｎ
   −ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、キシレン、トル
   エン、シクロペンタンまたはシクロヘキサンである、請
   求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 前記架橋剤の使用量が重合体の重量の
   ０.０５ないし５.０重量％である、請求項１記載の方
   法。
5. 【請求項５】 （Ｉ）水に溶解させた部分中和されたカ
   ルボキシル基含有ラジカル重合性不飽和単量体を親油性
   溶媒中で重合させ、ついで親油性溶媒に分散された、水
   分を含有する重合体粒子を生成させ、この反応液を共沸
   蒸留に付し、重合体粒子の含水量が２５重量％以下とな
   るように重合体粒子から水を除去する段階、 （II）前記段階(Ｉ)で得られた共沸蒸留の残渣に、親水
   性架橋剤および重合体の重量の７.０ないし２５.０重量
   ％の水からなる親水性架橋剤の水溶液を添加して、重合
   体粒子の表面および粒子内に浸透させ、重合体粒子に架
   橋反応を行わせ、ついで、この反応液を共沸蒸留に付
   し、親水性架橋剤の水溶液として添加された水の６０重
   量％以上の水を除去する段階、 （II'）段階（II）で得られた共沸蒸留の残渣から、さ
   らに親油性溶媒を除去した後、親水性溶媒と親水性架橋
   剤との混合溶液を投入して２次架橋させる段階、及び （III）前記段階(II')で得られた反応液から重合体を濾
   取し、乾燥させる段階を含む高吸水性樹脂の製造方法。
6. 【請求項６】 前記親水性架橋剤がエチレングリコール
   ジグリシジルエーテル、グリセリンポリグリシジルエー
   テル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル
   及びソルビトールポリグリシジルエーテルである、請求
   項１または５記載の方法。
7. 【請求項７】 ２次の架橋段階（II'）における親水性
   架橋剤の使用量が重合体の重量に対して０.５ないし５.
   ０重量％である、請求項５記載の方法。
8. 【請求項８】 前記親水性溶媒がメタノールである、請
   求項５記載の方法。
9. 【請求項９】 前記親水性溶媒の使用量が重合体の１重
   量部に対して１.７ないし２.７重量部である、請求項５
   記載の方法。