JPH06506252A - 吸収速度の速い高度に有効な表面積を有するしわのある吸収剤粒子 - Google Patents

吸収速度の速い高度に有効な表面積を有するしわのある吸収剤粒子

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JPH06506252A JP4509436A JP50943692A JPH06506252A JP H06506252 A JPH06506252 A JP H06506252A JP 4509436 A JP4509436 A JP 4509436A JP 50943692 A JP50943692 A JP 50943692A JP H06506252 A JPH06506252 A JP H06506252A
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 吸収速度の速い高度に有効な表面積を有するしわのある吸収剤粒子本発明は、例 えば水性流体と接触したときに、それ自体の重量に匹敵する水性流体を吸収する ことができる、水不溶性の、一般的にゲル生成のポリマー材料から形成された吸 収剤に関するものである。更に詳しくは、本発明は、速い吸収速度で、前記流体 の実質的な体積を吸収するポリマー材料、該材料をつくる方法、吸収製品におけ る利用、及び前記ポリマー材料を組込んでいる吸収製品に関するものである。
多くの水不溶性ゲル生成ポリマーは、水性流体を吸収し結合させるか又は固定す る能力を有しているので、吸収剤として、その有用性は知られている。これらの ポリマー材料は、様々な脱水用途及び流体固定用途で、例えば農業/園芸分野、 オイルの脱水などの用途で、商業的に用いられている。近年、水性流体を吸収す るための大容量を有する吸収ポリマーが開発され、生物学的な水性流体を吸収す るための個人用医療用品において用いられている。例えばおむつのような一般的 な個人用医療用品においては、水性流体吸収ポリマーは、粉末形態で用いられて おり、しばしば、初期の吸収を助は且つ流体による負荷を分散させるセルロース 繊維と混合される。前記用品において重要なポリマー材料は、水溶性エチレン系 不飽和モノマーから誘導されるポリマーを含む種々のポリマー、あるいは又、不 飽和モノマーが多糖(例えば澱粉又はセルロース)上に又は他のポリマーの主鎖 上にグラフト重合されている種々のグラフトポリマーに基づいている。
好ましい吸収材料は、エチレン系不飽和カルボン酸と多官能価架橋用モノマーと の共重合によって形成された水不溶性ゲルから誘導される。酸性モノマー又は酸 性ポリマーは、水酸化アルカリ金属によって実質的に中和させ、次に乾燥させて 、個人用医療用品で用いる前に、微粉砕して粉末にする。好ましいポリマーゲル は、アクリル酸/アクリル酸ナトリウム及び種々の架橋剤の任意のものによるコ ポリマーである。
個人用医療品においてずぐれた性能を提供する望ましいポリマー特性を達成する ことは、研究、抱欲をかき立てる目標であった。該製品は、使用者のために機能 しなければならないが、又、経済的旧つ安全に製造することができなければなら ない5.顧客、・使用者のレベルにおいては、例えばおむつでは、最も望ましく は、繰り返される侵潤にさらされても実質的に乾燥を保っていなければならない 、、従って、水性流体吸収ポリマーの重要な望ましい特性は、少なくともおむつ において用いる場合には、大きな流体容量、例えば10g/gを超える遠心容J i (centrifuge r・apaeity)を有しているということで ある。更に、水性流体吸収ポリマーの最も望ましい特性は、用いられている装置 から流体の漏れも無く、吸収中に、流体を吸収して保持するのに十分に速い吸収 速度を有しているということである。。
水性吸収剤の他の望ましい特性の全てを維持したままで、十分に速い吸収速度を 達成することは、これまでの研究者には不可能であった。
流体吸収速度は粒子の表面積によって実質的に決定される、ということは従来技 術において良(知られている事柄である。故に、水性流体吸収剤の極微粒子は、 速い吸収速度で液体を吸収すると考えられる。しかしながら、流体が最初に接触 する前記微粉の高分子物質表面にある各粒子は、速やかに膨潤し、共に付着して 、表向から更に離れている高分子物質上にある吸収剤粒子に接近するので、流体 が「ゲルブロック」され、それによって吸収速度が急激に遅(なる。塊又は「フ ィッシュアイ」がしばしば生成して、吸収材料の全体の性能が不満足なものとな ってしまう。
微細材料に関する更なる障害としては、微粉であることによって、製造するとき に及び完成品へと成形するときに、ダスチング(dosting)の問題が生じ る、ということが挙げられる。微粉又は粉塵は、労働者に対する工業的な衛生学 的危険を生起させる原因、並びに極めて困難な材料処理の問題を生起させる原因 となることがある。製品レベルにおいては、コストを増加させ且つ望ましいレベ ルで機能する製品の能力を制限することがある合成汚れ構造を生じさせずに、製 品又は装置に微粒子材料を固定するのは難しい。
多くの労働者は、有用な吸収性を有する幾分大きな粒子をっ(ることによって、 ポリマー粒子表向の特性を変化させることによって、又は微粒子を共に付着させ ることによって、ダスチングの無い反び/又は吸)■速度の速い製品を製造する ことを試みた。望ましい製品最終用途品質と製造限界とを釣り合わせることは、 これまでは、一つ又はそれ以上の望ましくない特性を受け入れることを意味して ぃ−た、。
Yaimsakiらは、米国特許第4.446.261号において、ダスチング を回避し、又従来技術に比べて容量及び吸収速度が向トしたと言われているより 大きなサイズの粒子を製造することについて記載している。該方法では、水溶性 レドックス開始剤システムを含み、且つダスチングを引き起こさないサイズの球 状粒子を得るための保護コロイドとして油溶性のセルロースエステル又はセルロ ースエーテルを用いる懸濁重合法によって、樹脂粒子を製造している。しかしな がら、ビーズは従来の公知の懸濁法を超える速い吸収速度を有すると記載されて いるが、塩水5 mlを吸収するのにポリマー0.5gで4分間を超えるような 吸収速度である、と報告されている。
多くの研究者が、吸水樹脂の吸収速度を向上させようとした。Nakamula らは、米国特許第4.683.274号において、保護コロイド剤として蔗糖脂 肪酸エステルを用いる送乳化重合によって製造されたα、β−不飽和カルポン酸 に基づくポリマーの吸収速度を向上させることについて提案している。0.9% 塩化ナトリウム水溶液30−1を吸収するのに樹脂1gが必要とする時間が15 分から1分へと短縮されて、吸水速度が向上した、ことが記載されている。前記 の向上は、実質的なものではあるが、多くの個人用医療用品用途にとってはまだ 不十分である。
英国特許第2119384A号には、カルボキシル基を有する特定の吸水樹脂か ら成る表面層を多価アルコールで架橋すると、微粉及びゲルブロッキングが最小 化される、ことが記載されている。しかしながら、報告されている向上は重要な 事柄ではあるが、それでもやはり、吸収速度は更にもっと速くなることが望まし い。
微粉技術において生起する凝集において、十分な吸収性を維持するには、一般的 に、架橋時における良く知られている制限と同様に、微粒子どうしの相互の付着 又は結合の程度を制限することが必要である。そうしないと、融合粒子(fuz −ed particle)が形成されて、製品中においてゲルブロックが引き 起こされることがある。粒子どうしの結合を制限すると、一般的に、完成品へ組 込んでいる間に容易に摩耗して、ダスチング問題を再現する傾向を有する凝集物 が生じてしまう。摩耗は、完成品においても起こり、その結果として生じた微粉 によって、繊維母材中の溝及び間隙が満たされて、製品における流体の分配が妨 げられる。
望ましい吸収ポリマー粒子、特に個人用医療用品用途で用いるための該粒子は、 従来技術とは対照的に、十分な容量と速度が達成されているとしても、離散した 、サイズの大きな粒子状態を維持している、ということは、凝集物をつ(るのが 難しいという事実から考えて明らかであると思われる。上記したように、大粒子 サイズの吸収剤がつくられて来たが、従来、それらは十分な吸収速度を有してい なかった。従って、高度の吸収能力を有し、且つゲルブロックも引き起こさず、 吸収速度も速い[即ち1分以下の渦速度(vortex rate) ]離散し た非凝集粒子である吸収ポリマーを提供することは今なお望ましいことである。
本発明は、粒子それぞれが大きな表面積を有し、且つ該粒子表面が実質的に連続 してはいるが、折り目、うわ、隙間、及び溝を含む複数のしわを含んでいる独立 ポリマー粒子を含む、水性流体に対して速い吸収速度を有する流体吸収剤である 。該ポリマーは膨潤可能であり、その結果、該粒子と接触する流体は、該流体を 吸収するための該粒子表面積の実質部分に対して効果的に暴露される。折り目、 うね、隙間、及び溝を含む本発明のしわは、図1−4において更にその特性が示 されている。得られた製品は、以下で説明する「渦試験」によって測定した場合 に、1分未満の、好ましくは20秒未満の吸収速度を有する。流体吸収ポリマー 粒子の粒子サイズは、実質的には7511m1を超える直径、好ましくは100 p■を超える直径を有する。
又、本発明は、以下の工程、即ち、 沈殿防止剤を含む連続不活性有機液相中に、水溶性モノマー混合物を撹拌しなが ら懸濁させて、該連続相中に該七ツマー混合物の液滴をつくる工程:該懸濁液中 にレドックス開始剤ペアの酸化成分を加える工程、該酸化成分は該有機液相中に おいて少なくとも部分的に可溶性である:及び重合条件下、一定の速度で、該レ ドックスペアのうちの還元成分を該有機相中に添加して、しわのある表面を有す る該ポリマー粒子をつ(る工程を含む、本発明の水性流体高速吸収剤を製造する 方法も含む。
又、本発明は、生物学的流体を吸収するための製品における、本発明流体吸収ポ リマーの利用も含む。又更に、本発明は、該製品が使い捨ておむつである場合の 利用も含む。
更に又、本発明は、親水性繊維材料と本発明ポリマーの任意のものを含む吸収製 品も含む。吸収製品は、好ましくは、更に、流体不浸透性最下層と流体浸透性最 上層とを含み、該吸収製品は、該最下層と該最上層との間で保持されている。
該吸収製品は、更に該親水性繊維材料を20−98重量%、及び該本発明ポリマ ーの任意のものを2−80重量%含む、ことを特徴としている。
本発明の吸収ポリマーは、例えば使い捨ておむつのような生物学的流体を吸収す るための個人用医療用品をつくる場合に特に有用である。
図1(a)は、初期モノマー混合物中においてアクリル酸濃度が24%である場 合の本発明ポリマー粒子を示している倍率50倍の顕微鏡写真である。
図1(b)は、倍率50倍で見た図1(a)粒子の横断面を示している顕微鏡写 真である。
図2(a)は、初期モノマー混合物中においてアクリル酸濃度が26%である場 合の本発明ポリマー粒子を示している倍率50倍の顕微鏡写真である。
図2(b)は、倍率50倍で見た図2(a)粒子の横断面を示している顕微鏡写 真である。
図3(a)は、重合混合物中においてアクリル酸濃度が29%である場合の本発 明ポリマー粒子を示している倍率50倍の顕微鏡写真である。
図3(b)は、倍率50倍で見た図3(a)粒子の横断面を示している顕微鏡写 真である。
図4(a)は、初期モノマー濃度がアクリル酸33%である場合の本発明ポリマ ー粒子を示している倍率50倍の顕微鏡写真である。
図4(b)は、倍率50倍で見た図4(a)粒子の横断面を示している顕微鏡写 真である1゜ 図5は、従来技術を代表する比較実施例Aのポリマー粒子を示している倍率50 倍の顕微鏡写真である。
本発明の重要な要素は、従来の球状吸収材料と比較して、連続してはいるがしわ のある表面と、水性流体に対して極めて速い吸収速度とを有することを特徴とす る大表面積水性吸収ポリマー粒子である。図参照。図1−4は、以下に掲げる実 施例で更に詳細に説明するアクリル酸に基づく架橋ポリマーである本発明ポリマ ー粒子に関する倍率50倍における顕微鏡写真である。各ポリマー粒子について は、ユニークさと、水性流体を吸収するのに有効な極めて大きな樹脂表面積とを 暗示する横断面も示しである。本明細書において、「実質的に連続してはいるが 、折り目、うね、隙間、及び溝を含む複数のしわを含んでいる粒子表面」という 表現は、図1−4に示されている表面構造を意味するように規定されている。
本発明のポリマー粒子は、大きな表面積を有する。好ましい表面積は、0. 3 −0. 5 m”/gである。特に好ましい表面積は、0.3■2/gである。
本発明の大表面積ポリマーは、本発明の懸濁重合法によってつくられる。表面積 が大きく且つ吸収速度が速いポリマーをつくるための本発明方法の重要な特徴は 、少なくとも部分的に油相中に溶解することができる開始剤によって、連続油相 中に懸濁された不連続相モノマー液滴の重合を、連続油相中において開始させる 、という点にある。前記特徴は、液相に可溶性の開始剤を一般的に用いる従来の 懸濁重合とは著しく異なっている。
一般的に、モノマー液滴は、十分なしわが生じるように最小サイズでなければな らない。モノマー液滴は、重合開始時に、直径が75x@を超えていることが好 ましい。更に好ましくは、モノマー液滴は、直径が7511■−1000μ厘で あり、最も好ましくは 150 am −1000amであり、最も好ましくは 、重合開始時における平均直径が400!■である。
本発明の吸水組成物は、種々のポリマー又はコポリマーからつくることができる 。基本的には、架橋して実質的に水不溶性のゲル又は粒子を形成する任意の水溶 性エチレン系不飽和モノマー又はそれらの混合物が、適当である。架橋構造は、 当業において知られているように、水溶性モノマーと、分子単位中に少なくとも 二つの重合可能な二重結合を有する架橋用モノマーとを共重合させることによっ て、得ることができる。生成するポリマー粒子又はコポリマー粒子に対してしわ のある表面が付与される限りにおいては、グラフトを含むモノマー混合物、並び に付加重合システムを用いることができる。
水溶性モノマーの例としては、エチレン系不飽和アミド、例えばアクリルアミド 、メタクリルアミド、及びフマルアミド、並びにそれらのN−置換誘導体が挙げ られる。好ましくは、エチレン系不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタク リル酸、及びクロトン酸、及びそれらの塩である。適当なポリカルボン酸として は、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸がある。好ましいエチレン系不飽和カル ボン酸エステルとしては、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメ タクリレート、及びアクリル酸及びメタクリル酸と酸化ポリエチレンとのエステ ルがある。例えばビニルピリジン及びビニルモルホリンのようなビニルアミン、 及びジアリルアミンも又有用である。他の適当なモノマーは、米国特許第4,7 08.997号において考察されているように、当業者には良く知られている。
エチレン系不飽和モノマーは、以下で述べるが、部分的に中和されることがある 。そのような場合には、モノマー混合物は、モノマー混合物の付加モノマーを一 つ又はそれ以上の他のモノマー上にグラフト重合させる成分を含むこともできる 。例えば、澱粉及びセルロースのような多糖は、グラフト重合可能な成分である 。特に適当なのは、グラフト重合可能なポリビニルアルコールである。
本発明のしわ粒子をつくるために用いられるモノマー混合物におけるモノマー濃 度は、達成されるしわの程度を決定する重要な因子である。もちろん、モノマー 濃度の効果は、個々のシステムに左右される。好ましいアクリル酸/アクリル酸 ナトリウムシステムにおいて、初期モノマー混合物におけるアクリル酸モノマー の濃度を変化させると、図1−4(モノマー濃度を24−33重量%の範囲で変 化させている)に示されているように、しわの程度に対して十分な効果を示す。
アクリル酸/′アクリル酸ナトリウムシステムに関しては、有用な、少なくとも 経済的観点から有用なしわを得るためには、初期モノマー混合物(中和前)にお けるアクリル酸の濃度は少な(とも10%であることが必要である。初期モノマ ー混合物は、好ましくはアクリル酸を10−50%、更に好ましくは24−35 %含む。
カルボン酸モノマーを用いる場合、本発明の懸濁重合では、一般的に、重合前に モノマーを少なくとも部分的に中和させな墨ブればならない。酸性モノマーは、 好ましくはその75−95重量%を、更に好ましくはその80−90重量%を中 和させる。中和は、一般的に、当業において公知のように、本発明ポリマーの調 製方法の初期工程として、任意の架橋剤を含むモノマーを、任意の適当な塩基、 例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムのような水酸化アルカリ、あるいは 例えば炭酸又は重炭酸ナトリウム又は炭酸又は重炭酸カリウムのような炭酸アル カリ又は重炭酸アルカリと、単純に混合することによって、行う。中和は、温度 40℃未満、好ましくは35℃未満で行うと都合が良い。
モノマー混合物は、一般的に、該モノマー混合物の水溶性モノマーと共重合可能 な二つ又はそれ以−Fのエチレン基を有する有機化合物を含む一つ又はそれ以上 の架橋用モノマーを含む、、架橋用モノマーの例としては、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 、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ベンタンジオール 、1.6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパ ン、及びペンタエリトリトールのジアクリレート又はジメタクリレート、トリメ チロールプロパンのトリアクリレート又はトリメタクリレート、あるいは又ペン タエリトリトールのテトラメタクリレート、N、N’−メチレン−ビス−アクリ ルアミド、N、N’−メチレン−ビス−メタクリルアミド:及びトリアリルイソ シアヌレートが挙げられる。好ましい架橋剤としては、メチレン−ビス−アクリ ルアミド、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジエチレングリコールジ アクリレート、反びテトラエチレングリコールジアクリレートが挙げられる。架 橋用モノマーは、水溶性ポリマーを架橋させるのに有効な量で、水溶性モノマー の分散液中に存在している。一般的に、架橋用モノマーは、用いられる水溶性モ ノマー100重量部を基準として、0.0001−5重量部の量で用いられる。
本発明の懸濁重合法では、モノマー混合物は、モノマー及び得られた生成物と反 応しない有機材料を含む不活性な有機相又は油相中に懸濁させる。懸濁液の水不 混和性油相は、一般的に、少な(とも一つの不活性な疎水性液体、例えば液体炭 化水素又は1換液体炭化水素を含む。好ましい有機液体は、例えばペルクロロエ チレン、塩化メチレンのようなハロゲン化炭化水素、及び例えばベンゼン、キシ レン、トルエン、鉱油、液体パラフィン(例えば、ケロセン)、及びナフサのよ うな、一分子当たり4−15個の炭素原子を有し、且つ芳香族炭化水素、脂肪族 炭化水素、及びそれらの混合物を含む液体炭化水素である。好ましい市販されて いる脂肪族炭化水素は、エクソンから販売されているl5OPAR(登録商標) M脱臭ケロセンである。
不活性な有機相又は油相は、懸濁重合のために油相中に懸濁される水可溶性モノ マー液滴を維持するための分散助剤を含む。これらの分散助剤としては、例えば 蔗糖脂肪酸エステル及び/又はポリグリセロール脂肪酸エステルのような界面活 性材料が挙げられ、更に又、2−6のHLB値を有する非イオン性界面活性剤も 挙げられる。分散剤として有用なポリマー材料としては、種々のセルロースエー テル、例えばエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー ス、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシエチルセルロース、及びそれら を組合せたものが挙げられる。前記セルロースエーテルは、モノマーの重量を基 準として、好ましくは0. 1−2重量%、更に好ましくは0. 5重量%の濃 度で用いる。他の有用な材料としては、カチオン界面活性剤で処理されたベント ナイトクレーのような疎水性クレーが挙げられる。好ましい分散剤は、疎水性ヒ ユームドシリカ[例えば、Degussa、 Inc、によって製造されている AEROSル(商標) R−972ヒユームドシリカ]と、ラウリルメタクリレ ートとアクリル酸のコポリマーとの混合物である。好ましいコポリマーにおいて は、コポリマーにおけるラウリルメタクリレート対アクリル酸のモル比は、99 :1 −1:1であ上記のように、本発明の重要な要素は、図1−4に示されて いるように、ポリマー粒子のしわと、その他の表面特性及び内部特性である。前 記しわは、粒子表面近傍におけるモノマー液滴の架橋によるものである。しわ及 びすぐれた表面特性を本発明粒子へ導入するということは、少なくとも部分的に 油相可溶性である開始剤システムを用いることがめられる本発明方法と少なくと も関係のある事柄である、と考えられる。好ましくは、少なくとも部分的に油相 に溶解可能な材料を還元成分として含むレドックスシステムを用いる。「有機液 相中に部分的に溶解可能」ということは、図1−4のいずれかに示されているよ うなポリマー粒子を与えることができる程、油相中において十分な溶解性を有し ている、ということを意味している。還元剤は、油相における還元剤濃度が、好 ましくは10−2500 p−になるように、少なくとも100p−になるよう に分配する。
適当な酸化成分としては、例えば、t−ブチルヒドロペルオキシド(t−BHP ):2,5−ジヒドロペルオキシ−2,5−ジメチルヘキサン:及びクメンヒド ロペルオキシドがある。レドックスシステムの好ましい還元成分は、二酸化硫黄 ガスである。例えばDuPontから市販されているVAZO(商標)64アゾ ビスイソブチロニトリル、及び過酸化ベンゾイルのような十分な油相溶解性を有 する熱開始剤も適当である。
本発明方法では、一般的に撹拌しながら、不活性油相中にモノマー混合物を懸濁 させて、モノマー混合物液滴をつ(る。モノマー液滴は、粒子に付与されるしわ 特性が有用なものとなるように、例えば個人用医療用品で用いた場合に吸収速度 を増大させることができるように、十分に大きくなければならない。当業におい て知られているように、撹拌密度及び撹拌剪断応力を変化させることによって、 モノマー液滴のサイズを調節することができる。一般的に75μ■を超える程度 の液滴サイズが好ましい。適当な液滴サイズを保つためには、撹拌器速度を制限 する必要があり、一般的には、ブレードのデザイン及びその他の装置制限に従っ て、従来技術で用いられている撹拌器速度に比べて遅(なければならない。
反応は、開始剤システムが効果的に働く任意の都合の良い温度で行う。従って、 好ましいt−ブチルヒドロペルオキシド/S02システムでは、反応温度は、室 温未満から90℃までの範囲の温度であることができる。好ましくは、反応は、 室温以下で、好ましくは20℃で開始させて;断熱的に進行させる(55−65 ℃まで):任意に、最終温度を75℃まで上昇させることができる。反応は、二 酸化硫黄のような還元剤を反応混合物中に吹込むことによって開始させる。
開始速度は、ポリマー特性を損なわずに効率的な重合へと導くような速度である べきである。開始速度が過度に速いと、ポリマー鎖の長さが短くなり、ポリマー 特性も劣ったものとなる。開始速度は、還元剤の流量を増加又は減少させること によって(それぞれ、開始速度を増加又は減少させる)調節することができる。
好ましい流量は、用いられる反応器システムの関数であり、従来の手段によって 決めることができる。実施例に記載されている2リットル反応システムと、窒素 中二酸化硫黄の0. 1%混合物を含む還元剤とに関しては、適当な還元剤流量 は、8−10■L/分である。前記条件下における特に好ましい還元剤流量は、 750mL/分である。
重合反応が終わったら、不活性油相を除去し、乾燥させることによって、ポリマ ー生成物を回収する。次に、乾燥した完成品を、Dot Che組cal Co 5panyによって製造されている例えばVORAMOL (登録商標) 20 70ポリオールのような湿潤剤で、処理することができる。前記湿潤剤は、完成 品上に残留している例えば疎水性不活性無機シリカ材料のような残留分散助剤に よる悪影響を抑えるのに役立つ。
好ましくは、乾燥ポリマービーズを、乾燥ビーズの重量を基準として、0.25 −2重量%、更に好ましくは0. 5−1.5重量%で混合する。更に好ましく は、乾燥ポリマーの重量を基準として、湿潤剤を1重量%供給する。
本発明の完成された吸水ポリマーの特性を知るために、圧力下での膨潤容量(S CUP) 、遠心容量、高速度、膨潤時間、及び表面積を測定する。好ましいポ リマーは、高速度が遅(、膨潤時間が短(,5CUPと膨潤容量が大きいポリマ ーである。
圧力下での膨潤容量は、ポリマーのモジュラスと密接な関連がある。5CIIP によって、圧力0. 29 psi (2キロパスカル)に抗して膨潤するポリ マーの能力を測定する。該圧力は、使い捨ての幼児用おむつにおいて、ポリマー が、それに抗して膨潤しなければならない圧力をシミュレートしたものである。
試験手順においては、試験するポリマー0.160gを、100メツシユ(14 9IIm)スクリーン上にfhatman GF−Aフィルターペーパーを含む シリンダー中に配置する。隙間嵌めカバーをポリマーの上に配置し、そのカバー の上に100gの重りを乗せる。静水頭部圧力が存在しないように塩水溜めのレ ベルを維持する装置を用いて、ポリマーを、0.9%NaCl溶液に暴露する。
30秒、5分、及び60分において、吸収された液体の量を測定する。5分5C UP値は、ポリマー1g当たり塩水10gを超えていることが好ましく、更に好 ましくはポリマー1g当たり塩水13gを超えていて、より更に好ましくは15 gを超えていて、最も好ましくはポリマー1g当たり塩水20gを超えている。
本発明製品の遠心容量は、以下の手順で測定する。乾燥ポリマーの微粉砕試料を 30メツシユ(500u■)スクリーンでふるい分けし、50メツシユ(300 #園)スクリーンで保持する。この材料の0.2g部分を、ティーバックのよう に造形された幅641111長さ 57g+簡の不織布バッグの中に均等に入れ る。
試験材料を含むバッグを、0.9%塩化ナトリウム塩水溶液中に30分間浸漬し てから、該バッグを該溶液から取り出し、次に1500回転/分で3分間遠心し てから、遠心機より取り出して、重量を計る。遠心容量は、[(W3−Bl)− (w2 Wl)コ/(W2−Wl)(式中、Wlは空の乾燥ティーバックの重量 、W2は試料を含む空の乾燥ティーバックの重量、W3は湿潤遠心分離された試 料とティーバックとの重量であり、及びB1は湿潤遠心分離されたティーバック の平均重量である)を用いて算出する。遠心容量は、ポリマー1g当たり塩水1 0gを超えていることが好ましく、又ポリマー1g当たり塩水15gを超えてい ることが更に好ましく、ポリマー1g当たり塩水20gを超えていることがより 更に好ましく、ポリマー1g当たり塩水25gを超えていることが最も好ましい 。
ポリマーが水性流体を吸収する速度は、本発明の重要な利点である。それは、「 高速度」試験によって識別される。前記試験では、吸収ポリマー2gを0゜9% 塩水50謹1に加えたときに、電磁撹拌によって容器中に発生した渦が消失する のに要する時間を秒単位で測定記録する。好ましい高速度は、65秒未満であり 、更に好ましくは40秒未満であり、より更に好ましくは20秒未満である。
ポリマーの膨潤速度は、以下の手順で測定する。乾燥ポリマーの微粉砕試料を3 0メツシユ(500n)スクリーンでふるい分けし、50メツシユ(300μl l)スクリーンで保持する。この材料の1.0g部分を、秤量ポート中に入れる 。ポートには、0.9%塩化ナトリウム塩水溶液30.0gをすばや(加える。
膨潤時間は、試料が膨潤して塩水の表面上に連続したバリヤーを形成するのに要 する時間に等しい。好ましい膨潤時間は、1分未満であり、更に好ましくは35 秒未満であり、より更に好ましくは25秒未満であり、最も好ましくは10秒未 満である。
本発明のポリマーは、個人用医療用品の主要な吸収成分として用いることができ る。一般的な前記個人用医療用品は、本発明ポリマーが不浸透性外部シートと多 孔質内部シートとを一般的に含む複合構造中に含まれていて、且つ一般的にセル ロース繊維と混合された本発明ポリマーが該シートの間にサンドイッチされてい る使い捨ておむつである。
本発明ポリマーを用いることができる他の吸収構造としては、失禁用用品(i− ncontinence devices) 、生理用ナプキン、ペーパータオ ル、及び化粧紙がある。
以下、実施例を掲げて、本発明の生成物及び方法を説明するが、本発明を実施例 の範囲に限定しようとするものではない。
アクリル酸116gに、50%水酸化ナトリウム水溶液100g、メチレン−ビ ス−アクリルアミド(水溶液に溶解可能な架橋剤)0.23g、トリメチロール プロパントリアクリレート(油相に溶解可能な架橋剤) 0.46g (400 0ppm)、水183g、及びDowChemical Co園panyのYE R3ENEX 80 (登録商標)キレート化剤0.46gを加える。そのモノ マー混合物を、25℃まで冷却して、2リットル反応器中にある、Deguss a、 Inc、の市偲IL(商標)ト972疎水性ヒユームドシリカ0.6g、 分散助剤として重量比99:1のラウリルメタクリレートとアクリル酸とのコポ リマー0.32g、及びExxonのl5OPAR(登録局りM消臭ケロセン8 00gから成る混合物中に加える。反応器は、250回転/分で回転する4枚羽 根撹拌機を備えている。更に、70%1−ブチルヒドロペルオキシド(t−BH P) 0. 089gを加える。その懸濁液を窒素で30分間パージして、50 ℃まで加熱する。45℃において、200−10QQ+aL/分の流量で、窒素 中二酸化硫黄の0.1重量%希釈流を懸濁液中に吹込むことによって重合を開始 させる。反応温度は、断熱的に、55℃まで上昇する。重合が完了したら、反応 混合物を75℃で1時間加熱する。濾過によって、I 5OPAII消臭ケロセ ンを除去し、本発明のポリマー生成物をオーブンで乾燥させる。乾燥したら、任 意の工程として、該ポリマーをメタノール中スラリーにして、Dot Chem ical Cos+panyのVORANOL 2070ポリオール湿潤剤0. 58gを加える。メタノールを50℃において真空ストリッピングによって除去 する。本発明のしわのあるポリマー粒子は、表II及び図3の特徴を有する。
実施例2−4 実施例1と同じ重合を、他のアクリル酸モノマー濃度で行う。これらの実施例の 処方は表Iに記載しである。これらの本発明のしわのあるポリマー粒子は、表1 1及び図1、図2、及び図4のような特徴を有する。
図1−4参照。しわのあるポリマー粒子は、モノマー混合物中のアクリル酸の濃 度の関数として示されている。図1(a)の倍率50倍の一対の顕微鏡写真は、 24%初期アクリル酸モノマー混合物濃度のときの本発明のしわのあるポリマー 粒子を示している。同じポリマー粒子が、固定され切断された状態で図1(b) に示されている。前記の図に関して考察すると、本発明ポリマー粒子のしわの程 度及び該粒子の構造の内的複雑さは、モノマーの濃度が増加すると共に増大して いる、ことが分かる。
表I 実施例 %アクリル酸 アクリル酸 50%NaOHVER8ENEX 8ON  o 、 (g) (g) キレート化剤(g)1 29 116 110 0 .46 2 24 96 91 0.38 3 26 104 98 0.41 4 33 132 125 0.52 表■続き 実施例 メチレン−ビス−アクリルアミド トリメチトルプロパンINo、 ( g) (g) 1 0.23 0.46 2 0.19 0.38 3 G、21 0.41 4 0.26 0.52 表II 開始剤としてt−ブチルヒドロベルオキシトを用いている本発明のしわのあるポ リマー粒子 実施例 %アクリル酸 30秒5CUP 5分5CUP 60分5CUPN o 、 (g/g) (g/g) (g/g) 〜1 29 8.5 20.6 2 2.52 24 7.4 22.9 25.83 26 8、3 25.3 2 6.34 33 4.1 14.4 17.2表II続き 実施例 遠心容量 滴速度 膨潤時間 表面積下−も−−−四(〔−−〜]快れ −□ノセγ−(m2/g)1 20.5 9.4 9 0.32 2 28.5 18,2 21.3 0.453 25.4 10.3 11. 7 0.26−A−一−15,518,9−他ユ上−、0,32比較害廊例A 開始剤システムが従来のものである以外は、方法及び反応成分に関して実施例1 の重合を繰り返す。この実験では、本発明のレドックス開始剤システムのt−B P油相可溶性還元成分の代わりに、水溶性還元成分を用いている。従って、水性 反応混合物をl5OPARM消臭ケロセン油相に加える前に、過硫酸ナトリウム 0.86gを水性反応混合物に加える。45℃で過硫酸塩によって重合が開始さ れ、反応は55℃において2時間断熱的に進行することができる。更にその後で 1時間75℃で加熱する。
比較実施例Aの方法によって製造された生成物は、図5に示されているように、 実質的に球状であり、その断面は丸い。該球状ビーズに関する滴速度は、145 秒である。
表IIに示されている本発明の実施例1−4の生成物に関する滴速度を、比較実 施例Aのそれと比較すると、本発明の組成物は、9−21秒という有意にすぐれ た吸収速度を達成している、ことが分かる。従って、本発明の生成物は、比較実 施例Aに比べて、即ち従来の特性に比べて、7−16倍速い。
実施例5及ff−6 レドックス開始剤システムの還元成分として、t−BHPの代わりに、2,5− ジヒト0ペルオキシー2,5−ジメチルヘキサンを用いる以外は、実施例1の方 法を繰り返す。本発明のしわのあるポリマー粒子は、表IIIの特徴を有する。
表III 開始剤として2.5−ジヒドロペルオキシ−2,5−ジメチルヘキサンを用いて いる本発明のしわのあるポリマー粒子 −□実施例 30秒5CUP 5分5C UP 60分5CUP 遠心容量 !!! 膨潤時間No、 (g/g) 軸/ g) (g/g) (g/g) (秒) (秒)5 7.4 15.5 15J  18.7 22,0 25.36 3.8 1η4 14.4 17.7 2 0.0 21.7 =実施例7−9 レドックス開始剤システムの還元成分として、t−BBPの代わりに、クメンヒ ドロペルオキシドを用いる以外は、実施例1の方法を繰り返す。本発明のしわの あるポリマー粒子は、表Ivの特徴を有する。
表IV 開始剤としてクメンヒドロペルオキシドを用いているしわのあるポリマービーズ 試料 30秒5CUP 5分5CUP 60分5CUP 遠心容量 kM 膨潤 時間N O、(g/gL−−j藷) (g!JI′2−一力内Σ (秒) (秒 )−一7 8.1 25,3 26.8 25.3 32.0 33.58 5 .5 25.2 27.8 27.0 41.0 34.59 3.2 19, 9 26.1 28.4 64.0 62.9 −害廊例10 モノマー混合物 中にグラフト可能なモノマーを含μ本発明のポリマー粒子の調製(85,3%ナ トリウム塩まで中和された、水性相中29%アクリル酸) アクリル酸116gに、水酸化ナトリウム110g、ジエチレングリコールジア クリレート 0.93g、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPT 、A) 0. 46g (4000ppi+) 、AIRVOL (商標) 1 07 (ポリビニルアルコール)5.0gを含む水183g、及ヒVEl?5E NEX 80 (登録商標)0.46gを加える。そのモノマー混合物を、25 ℃まで冷却して、2リットル反応器中にある、AEI?C1l”ilL (商標 ) R−972疎水性ヒユームドシリカ0.6g、ラウリルメタクリレートとア クリル酸とのコポリマー0.32g、及びl5OPARC登録商標)M消臭ケロ セン800gから成る混合物に加える。反応器は、250回転回転刃回転する4 板羽根撹拌機を備えている。更に、70%t−ブチルヒドロペルオキシド0.0 89gを加える。その懸濁液を窒素で30分間パージして、50℃まで加熱する 。25℃において、窒素中二酸化硫黄の希釈蒸気を懸濁液中に吹込むことによっ て重合を開始させる。反応温度は、断熱的に、55℃まで上昇する。
重合が完了したら、反応混合物を75℃で1時間加熱する。濾過によって、l5 OPA2消臭ケロセンを除去し、ポリマー生成物をオーブンで乾燥させる。乾燥 したら、任意の処理として、該ポリマーをメタノール中スラリーにして、そこに 、vOuNOL (登録商標) 2070ポリオール湿潤剤0.58gを加える 。メタノールは50℃において真空ストリッピングによって除去する。生成物は 、渦速度14秒を示す。
アクリル酸126.4gに、50%水酸化ナトリウム水溶液112.26g、ト リメチロールプロパントリアクリレート(油相に溶解可能な架橋剤)1゜74g  (4000ppm) 、水155.19g、及びDow Chemical  CxmpanyのVER5ENEX 80 (登録商標)キレート化剤0.46 gを加える。そのモノマー混合物を、25℃まで冷却して、2リットル反応器中 にある、Degussa、 Inc、の庇1?08IL (商標) R−972 疎水性ヒユームドシリカ0.6g、分散助剤として重量比99.1のラウリルメ タクリレートとアクリル酸とのコポリマー0.32g。
及びExxonのl5OPAR(登録商標)M消臭ケロセン800gから成る混 合物に加える。反応器は、250回転回転刃回転する4板羽根撹拌機を備えてい る。
更に、7%【−ブチルヒドロペルオキシド(t−BHP) 0. 9gを加える 。その懸濁液を窒素で30分間パージして、50℃まで加熱する。45℃におい て、750 sL/分の流量で、窒素中二酸化硫黄の0.1重量%希叡流を懸濁 液中に吹込むことによって重合を開始させる。反応温度は、断熱的に、55℃ま で上昇する。
重合が完了したら、反応混合物を75℃で1時間加熱する。濾過によって、l5 OPAR消臭ケロセンを除去し、本発明のポリマー生成物をオーブンで乾燥させ る。
乾燥したら、任意の工程として、該ポリマーをメタノール中スラリーにし、そこ に、乾燥ポリマーの重量を基準として、DOW Ches+1cal ω卸聞’ lのVORANOL 2070ポリオール湿潤剤を1重量%加える。メタノール を50℃において真空ストリッピングによって除去する。製造されたポリマーは 、30秒5CIIP5.2.5分5CUP 7. 5.60分5CUP23.4 、遠心容量32.3 g/g、及び渦速度13゜5秒を示す。
実施例1Oと比較して、アクリル酸140.0gに、50%水酸化ナトリウム水 溶液124.34g、水128.85g、トリメチロールプロパントリアクリレ ート0.193g、及び7%t−ブチルヒドロペルオキシド(t−BBP)0. 5gを用いる以外は、実施例10の手順を繰り返す。製造されたポリマーは、3 0秒5CLIP11.6.5分5CIIP24.7.60分5CUP26.3、 遠心容量24. 6 g/g、及び渦速度18.0秒を示す。
実施例13 モノマー混合物中にグラフト可能なモノマーを含む本発明のポリマ ー粒子の調製(75%ナトリウム塩まで中和された、水性相中27%アクリ火簿 入 子クリル酸108gに、50%水酸化ナトリウム水溶液89.93g、テトラエ チレングリコールジアクリレート 0.54g、トリメチロールプロパントリア クリレート(TMPTA) 4. 64g (43000ppm) 、Air  ProductsのAIRVOL (商標)107ポリビニルアルコールの15 %溶液を32.1g含む水184g、及びYER3ENEX 800.46 g を加える。そノモノマー混合物を、25℃まで冷却して、それを、2リットル反 応器中にある、Degussa、 Inc−のAE東srt R−972疎水性 ヒユームドシリカ0.6g、ラウリルメタクリレートとアクリル酸とのコポリマ ー0.32g、及びl5OPARM消臭ケロセン800gから成る混合物に加え る。反応器は、250回転回転刃回転する4板羽根撹拌機を備えている。更に、 7%t−ブチルヒドロペルオキシド0.39gを加える。
その懸濁液を窒素で30分間パージして、50℃まで加熱する。25℃において 、窒素中二酸化硫黄の希釈流を流量750m/分で懸濁液中に吹込むことによっ て重合を開始させる。反応温度は、断熱的に、55℃まで上昇する。重合が完了 したら、反応混合物を75℃で1時間加熱する。濾過によって、l5OPARM 消臭ケロセンを除去し、ポリマー生成物をオーブンで乾燥させる。乾燥したら、 任意の処理として、該ポリマーをメタノール中スラリーにし、そこにVORAN OL 2070ポリオール湿潤剤を、乾燥ポリマーの重量を基準として、1重量 %加える。メタノールは50℃において真空ストリッピングによって除去する。
生成物の特性は、30秒5CUP 3. 6.5分5CTJPIO160分5C IIP27、遠心容量31 g/g、及び渦速度29秒である。
実施例14 モノマー混合物中にグラフト可能なモノマーを含む本発明のポリマ ー粒子の調製(75%ナトリウム塩まで中和された、水性相中35%アクリ化彎 と 実施例12ど比較して、アクリル酸140.0gに、50%水酸化ナトリウム水 溶液116.57g、水95.O1g、トリメチロールプロパントリアクIJ  L、−ト0. 58 g、 AIRVOL107ポリビ=ルフル−t−/I/( 7) 15%溶液を41゜61g、及び7%t−ブチルヒドロペルオキシド(t −BHP) 0.25gを用いる以外は、実施例12の手順を繰り返す。更に、 この実施例では、第二の架橋剤、即ちテトラエチレングリコールジアクリレート を用いていない。製造されたポリマーは、30秒5CUP2.1.5分5CLI P22.60分5CU1’24、遠心容量22g、’g、及び渦速度24秒を示 す。
補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の8) 1弊 平成 5年 9月20日

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.各粒子が大きな表面積を有し、且つ該各粒子表面が実質的に連続してはいる が、折り目、うね、隙間、及び溝を含む複数のしわを含んでいる独立ポリマー粒 子を含む、水性流体に対して速い吸収速度を有する流体吸収ポリマー。
  2. 2.該ポリマー粒子が膨潤可能であり、その結果、該ポリマー粒子と接触する流 体が、該流体を吸収するための該粒子表面積の実質的部分に対して効果的に暴露 される請求項1記載のポリマー。
  3. 3.該ポリマーが、水溶性エチレン系不飽和モノマー混合物の又はそれらの塩の 重合生成物である請求項1又は2記載のポリマー。
  4. 4.該エチレン系不飽和モノマー混合物が、アミド、カルボン酸、カルボン酸エ ステル、ビニルアミン、又はそれらの塩あるいはそれらの混合物を含む請求項3 記載のポリマー。
  5. 5.該エチレン系不飽和モノマー混合物が、アクリル酸又はそれらの塩を10− 50重量%含む請求項3記載のポリマー。
  6. 6.該ポリマーが、ポリアクリル酸の架橋ポリマー、ポリアクリル酸ナトリウム の架橋ポリマー、又は該混合物のモノマーと共重合可能な二つ又はそれ以上のエ チレン基を有する架橋用モノマーと架橋されたそれらのコポリマーの架橋ポリマ ーである請求項1−5のいずれかに記載のポリマー。
  7. 7.該架橋用モノマーが、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラエ チレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、メチ レンビスアクリルアミド、又はそれらの混合物である請求項6記載のポリマー。
  8. 8.該モノマー混合物が、該モノマー混合物の少なくとも一つの他の成分とグラ フト重合することができるモノマーを含む請求項1−7のいずれかに記載のポリ マー。
  9. 9.該グラフト重合可能なモノマーが、ポリビニルアルコールである請求項6記 載のポリマー。
  10. 10.該粒子が、75μmを超える平均直径を有する請求項1−9のいずれかに 記載のポリマー。
  11. 11.65秒未満の吸収の渦速度を有する請求項1−10のいずれかに記載のポ リマー。
  12. 12.湿潤剤を更に含む請求項1−11のいずれかに記載のポリマー。
  13. 13.該湿潤剤がポリオールである請求項12記載のポリマー。
  14. 14.以下の工程:即ち、 分散助剤を含む連続不活性有機液相中に、水溶性モノマー混合物を撹拌しながら 懸濁させて、該連続相中に該モノマー混合物の液滴をつくる工程;該懸濁液中に 、レドックス開始剤ペアの酸化成分を加える工程、該酸化成分は該有機液相中に おいて少なくとも部分的に可溶性である;及び重合条件下、一定の速度で、該レ ドックスペアのうちの還元成分を該有機相中に添加して、請求項1−13のいず れかに記載のポリマーをつくる工程を含む請求項1−6のいずれかに記載の流体 吸収ポリマーを製造する方法。
  15. 15.該モノマー液滴の直径が、少なくとも75μmである請求項14記載の方 法。
  16. 16.該分散助剤が、モノマーの重量を基準として、0.5重量%の量のセルロ ースエーテルである請求項14又は15記載の方法。
  17. 17.該分散助剤が、2−6のHLB値を有する非イオン性界面活性組成物であ る請求項14−16のいずれかに記載の方法。
  18. 18.該分散助剤が、疎水性シリカと、重量比がラウリルメタクリレート99重 童部及びアクリル酸1重童部であるラウリルメタクリレート・アクリル酸コポリ マーとの混合物である請求項14−17のいずれかに記載の方法。
  19. 19.該モノマー混合物がアクリル酸及びそれらを架橋させるための架橋剤を含 み、且つ該混合物が塩基性材料によって少なくとも部分的に中和される請求項1 4−18のいずれかに記載の方法。
  20. 20.該架橋剤が、メチレン−ビス−アクリルアミド、ジエチレングリコールジ アクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロ パントリアクリレート、又はそれらの混合物である請求項19記載の方法。
  21. 21.該酸化成分が、t−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシ ド、又は2,5−ジヒドロペルオキシ−2,5−ジメチルヘキサンであり、該還 元成分が二酸化硫黄である請求項14−20のいずれかに記載の方法。
  22. 22.生物学的流体を吸収するための製品において請求項1−13のいずれかに 記載の流体吸収ポリマーを用いること。
  23. 23.該製品が使い捨ておむつである請求項22記載の利用。
  24. 24.(a)親水性繊維材料;及び (b)請求項1−11記載のいずれかのポリマーを含む吸収製品。
  25. 25.該吸収製品が、更に、流体不浸透性最下層と流体浸透性最上層とを含み、 且つ該吸収製品が、該最下層と該最上層との間で保持されていて;更に、該吸収 製品が、該親水性繊維材料を20−98重量%、及び該ポリマーの任意のものを 2−80重量%含むことを特徴とする請求項24記載の吸収製品。
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