(57)【要約】【課題】海水、セメント水、高濃度金属イオン含有廃液などの高濃度金属イオン含有水を効率的かつ急速に吸水することができる吸水材及び水嚢を提供する。【解決手段】通水性の外袋と、該外袋内に設けられた、通水性かつ金属イオン捕捉能を有する熱可塑性樹脂シートからなる内袋と、該内袋内に内包された電解質系吸水性樹脂とを有する吸水材及び水嚢。電解質系吸水性樹脂の吸水後の体積は、内袋の内空間容積の１〜５０倍である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通水性の外袋と、該外袋内に設けられた、通水性かつ金属イオン捕捉能を有する熱可塑性樹脂シートからなる内袋と、該内袋内に内包された電解質系吸水性樹脂とを有する吸水材であって、
該電解質系吸水性樹脂の吸水後の体積が、該内袋の内空間容積の１〜５０倍であることを特徴とする吸水材。
【請求項２】
請求項１において、前記外袋が、吸水後の当該吸水材の重量及び体積によって破損しない強度を有することを特徴とする吸水材。
【請求項３】
請求項１又は２において、吸水すべき水の金属イオン濃度が１００ｐｐｍ以上であることを特徴とする吸水材。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記金属イオンが、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンよりなる群から選ばれる１種又は２種以上の金属イオンであることを特徴とする吸水材。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記熱可塑性樹脂が水膨潤性の吸水性樹脂であることを特徴とする吸水材。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記熱可塑性樹脂の９０重量％以上がポリアルキレンオキシド構造であることを特徴とする吸水材。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の吸水材を備えることを特徴とする水嚢。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、セメント余剰水、金属イオン含有廃液などの高濃度金属イオン含有水を効率的に吸水することができ、従来の吸水材では十分に吸水できなかった金属イオン高濃度領域でも、十分な吸水能力を発揮する吸水材及び水嚢に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水災現場における浸水防止のための吸水用又は堰止め工法用の水嚢として、実公平６−４９６０５号公報に開示されるような、粉状の電解質系吸水性樹脂を用いた吸水性ゲル水嚢が知られている。しかし、この水嚢では、電解質系吸水性樹脂を用いているため、海水のような高濃度金属イオン含有水を殆ど吸水することができないという問題があった。
【０００３】
その改良技術として、特開平５−４２６３４号公報に開示されているように、ポリエチレンオキシドを押出成形などで熱可塑成形し、電子線を照射して架橋させた成形品中に、熱可塑成形できない電解質系吸水性樹脂を保持させた吸水性成形品が提案されている。しかし、この吸水性成形品は、非電解質系吸水性樹脂中に電解質系吸水性樹脂を保持した構造、即ち、一般に非電解質系吸水性樹脂に比べ膨潤率の高い電解質系吸水性樹脂を非電解質系吸水性樹脂内に保持した構造となっているため、膨潤率の高い電解質系吸水性樹脂がその吸水能力に見合うだけの膨潤が妨げられ（膨潤阻害）てしまい、十分な吸水性能を示さないことがあった。また、内部の電解質系吸水性樹脂の膨潤圧力で非電解質系吸水性樹脂の被覆層を破壊し、高濃度金属イオン含有水が内部に流入し、電解質系吸水性樹脂の吸水を止めたり、逆に吸収した水を放出させたりする問題があった。
【０００４】
非電解質系吸水性樹脂被覆層の破壊の問題を改良するものとして、特開平８−１９２４８８号公報には、ポリウレタン樹脂を用いて耐破壊性を有する非電解質系吸水性樹脂被覆層を形成し、その内部に電解質系吸水性樹脂を内装した水膨潤材が開示されている。しかしながら、この水膨潤材では、被覆層のポリウレタン樹脂が通水性を低下させるため、吸水速度が低下する問題があり、また、非電解質系吸水性樹脂被覆層の破壊の問題は解決されても、膨潤率の高い内部の電解質系吸水性樹脂が非電解質系吸水性樹脂被覆層を伸張させなけばならないために起こる電解質系吸水性樹脂の膨潤阻害の問題は解決し得ない。
【特許文献１】実公平６−４９６０５号公報
【特許文献２】特開平５−４２６３４号公報
【特許文献３】特開平８−１９２４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、海水、セメント水、高濃度金属イオン含有廃液などの高濃度金属イオン含有水を効率的かつ急速に吸水することができる吸水材及び水嚢を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明（請求項１）の吸水材は、通水性の外袋と、該外袋内に設けられた、通水性かつ金属イオン捕捉能を有する熱可塑性樹脂シートからなる内袋と、該内袋内に内包された電解質系吸水性樹脂とを有する吸水材であって、該電解質系吸水性樹脂の吸水後の体積が、該内袋の内空間容積の１〜５０倍であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の吸水材は、請求項１において、前記外袋が、吸水後の当該吸水材の重量及び体積によって破損しない強度を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の吸水材は、請求項１又は２において、吸水すべき水の金属イオン濃度が１００ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の吸水材は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記金属イオンが、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンよりなる群から選ばれる１種又は２種以上の金属イオンであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の吸水材は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記熱可塑性樹脂が水膨潤性の吸水性樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の吸水材は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記熱可塑性樹脂の９０重量％以上がポリアルキレンオキシド構造であることを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項７）の水嚢は、このような本発明の吸水材を備えることを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明において、「金属イオン捕捉能を有する」（以下「金属イオン捕捉性」と称す場合がある。）とは、吸水すべき水に含まれる金属イオンが当該水の中で存在する状態よりも、樹脂の構成成分により化学的及び／又は物理的作用で安定化され、熱的不規則運動がある程度減少する状態を指すものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の吸水材及び水嚢によれば、以下のような作用効果で高濃度金属イオン含有水であっても効率的かつ急速に吸水することができる。
【００１５】
海水、セメント余剰水、高濃度金属イオン高含有廃液などの高濃度金属イオン含有水は、電解質系吸水性樹脂の吸水量を極度に低下させるが、本発明では、このような電解質系吸水性樹脂が金属イオン捕捉能を持つ通水性の熱可塑性樹脂シートよりなる内袋内に内包されているため、この内袋が金属イオンの捕捉層となり、内袋内の電解質系吸水性樹脂への金属イオンの接触が抑制されることにより、電解質系吸水性樹脂により十分な吸水性能が得られる。
【００１６】
また、内袋内の電解質系吸水性樹脂の吸水後の体積が内袋の内空間容積の１〜５０倍となるように、内袋内に電解質系吸水性樹脂を収納するため、内袋による電解質系吸水性樹脂の膨潤阻害を防止することができる。
【００１７】
しかして、このように電解質系吸水性樹脂を収納した内袋を通水性の外袋内に収めることにより、吸水材の破損を防止して、取り扱い性に優れた吸水材及び水嚢を提供することができる。
【００１８】
本発明において、外袋として、吸水後の吸水材の重量及び体積によって破損しない強度を有するものを用いることが好ましい（請求項２）。
【００１９】
本発明は、特に吸水すべき水の金属イオン濃度が１００ｐｐｍ以上である吸水材用途として有効であり（請求項３）、また、金属イオンとしては、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンよりなる群から選ばれる１種又は２種以上の金属イオンが挙げられる（請求項４）。
【００２０】
また、内袋を構成する熱可塑性樹脂は水膨潤性の吸水性樹脂であることが好ましく（請求項５）、特に、この熱可塑性樹脂は、９０重量％以上がポリアルキレンオキシド構造であることが、吸水性の点で好ましい（請求項６）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の吸水材及び水嚢の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定はされない。
【００２２】
＜外袋＞
外袋としては、高濃度金属イオン含有水と接触しても溶解ないし形態不安定化することなく、かつ通水性に優れた材質よりなるものが好ましい。なお、ここで、「通水性に優れる」とは、内部の内袋を構成する熱可塑性樹脂シートの吸水速度を低下させない程度以上のものを意味する。
【００２３】
実用的には、外袋の構成材料としては、動植物由来の麻布、木綿布などが使用できるが、樹脂製のシートに穴を開けたもの、樹脂製の織布、不織布などを用いてもよい。また、使用後、生分解処理できる生分解性樹脂よりなるものを使用することもでき、特に外袋としてポリ乳酸系樹脂製の袋やポリブチレンサクシネート系樹脂製の袋を用いることも有効である。
【００２４】
本発明で用いる外袋は、吸水後の吸水材の自重圧力、内包される電解質系吸水性樹脂の膨潤圧力や内袋を構成する熱可塑性樹脂の膨潤圧力に耐え得る強度を有し、吸水後も内袋を収納した状態を十分に維持することが、吸水後の吸水材の取り扱いないし処分の際の作業性等の面で好ましい。従って、外袋は、その構成材料に応じて、適宜厚さ等を調整することにより、このような要求強度を十分に満たす強度となるように、その構成材料に応じて、縫製、熱融着、接着剤による接着等により袋状に成形される。
【００２５】
なお、外袋の強度は、吸水後の予想され得る自重圧力、膨潤圧力等を外袋に掛けた際の破損の有無により確認することができる。
【００２６】
＜内袋＞
内袋を構成する熱可塑性樹脂シートは通水性であって、かつ金属イオン捕捉性を有するものであればよく、特に制限はないが、吸水性熱可塑性樹脂であることが好ましく、このような熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド／プロピレンオキシド共重合体、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド重合体、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等の熱可塑性樹脂、或いはその変性物や架橋体が挙げられ、特にポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどのポリアルキレンオキシド構造を９０重量％有するもの、とりわけ、ポリアルキレンオキシドであることが吸水性の点で好ましい。これらの樹脂は、その構成単位である酸素原子や窒素原子を含むエーテル結合やアミド結合、或はヒドロキシル基やエステル基が、金属イオンとの親和力を有するので、金属イオン捕捉能を有している。
【００２７】
また、内袋の熱可塑性樹脂シートに用いられる熱可塑性樹脂の重量平均分子量は約１，０００〜１００万であることが好ましい。この重量平均分子量が１，０００未満である場合、後述の架橋処理において、高分子量化のため多量の架橋剤が必要となるが、その結果架橋が過度に進みやすくなり、得られる架橋体の溶融粘度が極端に高くなるなどして成形時の加工温度を高くしなければならなくなるという不具合があり、また、重量平均分子量が１００万を超える場合、得られる架橋体の架橋密度が低くなり、シート成形体の維持が困難になる場合がある。
【００２８】
本発明に係る内袋は、上述のような、金属イオン捕捉性で通水性の熱可塑性樹脂シートを成形し、これを袋状に加工することにより製造される。
【００２９】
このような熱可塑性樹脂シート、例えばエチレンオキシドを主成分とするポリエチレンオキシド系熱可塑性樹脂樹脂シートの成形方法としては、溶液流延法、溶融押出法、カレンダー法などがある。エチレンオキシドの単独重合体であれば、水溶液にして流延法又は押出法によりシート状にして乾燥することによりシートを得ることができる。また、上記例示した熱可塑性樹脂であれば、その良好な熱可塑性を利用して溶融押出成形により容易にシート化することができる。
【００３０】
本発明では、該シートの形状保持性の向上、及び金属イオンの捕捉能調整の目的で、内袋用シートを構成する熱可塑性樹脂をそのシート成形前又はシート成形後に架橋させることが好ましい。特に、水存在下での熱可塑性樹脂製シートの形状の保持性向上のためにも架橋することが効果的である。このときの架橋度は、シートの形状保持性、加工温度、金属イオンの捕捉性能、経済性を考慮して選定される。
【００３１】
シート成形後の熱可塑性樹脂を架橋させる場合、架橋は、例えば電離性放射線又は紫外線等の活性エネルギー線をシートに照射して行うことができる。電離性放射線としては、電子線、γ線、Ｘ線などを利用することができる。照射は、窒素などの不活性ガスで置換するなどした実質上無酸素の状態で行うのが、オゾンの発生抑制や樹脂の劣化防止の点で好ましい。
【００３２】
また、内袋シート用熱可塑性樹脂の架橋は、架橋剤を配合して化学架橋することにより行うことも可能である。特に、化学架橋法として、両末端に活性水素を持つポリアルキレンオキシドと、ジカルボン酸化合物及び／又はジイソシアネート化合物とを反応させることにより、高分子化することもできる。
【００３３】
架橋剤として用いるジカルボン酸化合物としては、環状ジカルボン酸化合物及び／又は直鎖状のジカルボン酸化合物が好ましく、ジカルボン酸、ジカルボン酸無水物、ジカルボン酸の低級アルキルエステル等の１種又は２種以上が挙げられる。上記ジカルボン酸及びジカルボン酸無水物としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マロン酸、コハク酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、アジピン酸、イタコン酸及びその無水物等が挙げられる。また、上記ジカルボン酸の低級アルキルエステルとしては、上記各種ジカルボン酸のメチルエステル、ジメチルエステル、エチルエステル、ジエチルエステル、プロピルエステル、ジプロピルエステル等が挙げられる。
【００３４】
また、架橋剤として用いるジイソシアネートとしては、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンビスシクロヘキシルジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，２−ジメチルベンゾール−２，４−ジイソシアネート等の１種又は２種以上が挙げられる。
【００３５】
本発明においてはまた、内袋用熱可塑性樹脂シートの通水性能を向上させる目的で界面活性剤を適用してもよい。この場合、界面活性剤は、シート成形前の成形材料に配合してもよく、また成形されたシートの表面を界面活性剤で処理してもよい。
【００３６】
内袋としての、金属イオン捕捉・通水性熱可塑性樹脂シートの使用量は、内袋に内包させる電解質系吸水性樹脂の推定膨潤量に見合う、吸水されるべき高濃度金属イオン含有水中の金属イオンを十分に捕捉できる量となるように、経済性と性能の観点から決定することが望ましい。従って、この内袋シートに所望の金属イオン捕捉性を付与するために、所定の厚みとなるように内袋用シートを成形してもよく、また所望の厚さとなるよう予め成形された内袋用シートを複数枚積層して用いてもよい。
【００３７】
本発明において、内袋を構成する金属イオン捕捉・通水性の熱可塑性樹脂シートが捕捉し得る金属イオン量は、吸水材としての吸水性能及び経済性にとって重要である。この熱可塑性樹脂シートの金属イオン捕捉量（金属イオン重量換算）は、該シートの乾燥重量１００ｇに対して金属イオン重量として０．１ｇ以上、特に１ｇ以上であることが好ましい。シートの金属イオン捕捉量が０．１ｇ／１００ｇ−シート未満であった場合は、金属イオン捕捉量が不足するために、内袋用シートの熱可塑性樹脂の使用量が増大してしまい、効率的な高膨潤吸水材が得られなくなる。
【００３８】
上述のような内袋用熱可塑性樹脂シートを袋状に成形する方法としては内包される電解質系吸水性樹脂に高濃度金属イオン含有水が直接接触しないような密閉度の高い袋構造に成形できる手法であればよく、特に制限はなく、縫合や加熱圧着（融着）等の手法を採用することができる。密閉方法としては、接着剤による接着方法もあるが、この方法は塗布、乾燥処理を要するため、経済的に不利であることから、加熱圧着により貼り付ける方がより好ましい。
【００３９】
＜電解質系吸水性樹脂＞
本発明の吸水材の内袋内に内包される電解質系吸水性樹脂としては、特に制限はなく、デンプン／アクリル酸グラフト重合体、デンプン／スチレンスルホン酸グラフト重合体、デンプン／ビニルスルホン酸グラフト重合体等のデンプン系高吸水性樹脂、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸塩架橋体、部分架橋ポリアクリル酸（塩）、アクリル酸塩／ビニルアルコール共重合体、ポリアクリルアミドの部分加水分解物等のアクリル酸系吸水性樹脂等が挙げられる。
【００４０】
電解質系吸水性樹脂の形状は粒子状、棒状、繊維状、シート状、その他の異形形状のいずれであってもよく、また、その大きさも、任意の大きさを採用することができる。
【００４１】
本発明においては、電解質系吸水性樹脂を、その吸水後の体積が、内袋の内空間容積（内袋の内空間容積とは、吸水前の内袋が何ら引張応力等がかからない状態で形成し得る袋内空間の容積である。）の１〜５０倍、好ましくは１〜２５倍となるように内袋内に収容する。内袋内に収容する電解質系吸水性樹脂の量がこの範囲より少ないと、吸水膨潤後の内袋と吸水膨潤後の電解質系吸水性樹脂との間に空間が存在することとなり、本発明の吸水材を止水材等として使用した場合、構造物の隙間から水漏れを起こす原因となる。また、振動などにより、柔軟性を帯びた内袋が破れて、高濃度金属イオン含有水が内部に浸透し、電解質系吸水性樹脂の膨潤を阻害する。逆に、電解質系吸水性樹脂の量が上記範囲より多いと、吸水膨潤した電解質系吸水性樹脂により内袋シートが破れる場合がある。
【００４２】
電解質系吸水性樹脂を内袋内に内包させる方法としては特に制限はなく、通常は一部が開放している袋状の内袋用シートに、電解質系吸水性樹脂を装入後、内袋を熱圧着、接着剤による接着、ミシンがけ等により密閉加工する方法が用いられる。この時、吸水後の予想され得る自重圧力や膨潤圧力等で破壊されない程度の強度が必要である。
【００４３】
なお、ポリアクリル酸塩の架橋体を電解質系吸水性樹脂として用いる場合は、電解質系吸水性樹脂を内袋用の熱可塑性樹脂シート上に分散・接着させ、この面が内側になるように該シートを熱融着で貼り合わせて袋状に加工してもよい。
【００４４】
＜吸水材構造＞
本発明の吸水材は、通水性の外袋内に、通水性かつ金属イオン捕捉能を有する熱可塑性樹脂シートからなる内袋を有し、かつ内袋の中に電解質系吸水性樹脂が存在する構造を有する。
【００４５】
外袋と内袋とは密着されていても、また、内袋と外袋との間に空間が形成されていてもよい。また、内袋と外袋とは互いに非接着であっても、部分的又は全面的に接着されていてもよい。部分的に接着する際は、点接着、線接着等のいずれでもよく、また、縫製などで部分的に接合されていてもよい。いずれの場合も、吸水すべき高濃度金属イオン含有水が、内部の電解質系吸水性樹脂に直接触れないようにすることが重要である。
【００４６】
また、本発明の吸水材は、外袋内に電解質系吸水性樹脂を内包した内袋が１個収容されている構造でも、２個以上収容されている構造でもよい。また、複数の内袋が外袋内に収容されている場合、内袋同士は互いに連結されていてもよく、また、非連結であってもよい。
【００４７】
このように、本発明の吸水材は、外袋内に収容される内袋の態様として様々な態様を採用することができ、従って、内袋と外袋の密閉方法も任意であり、前記外袋及び内袋の説明において、各々の袋加工について説明したが、外袋と内袋の密閉加工は各々について行うものに限らず、内袋と外袋とを一体的に同時に密閉加工してもよい。
【００４８】
図１は、本発明の吸水材の実施の形態の一例を示す模式的な断面図であり、１は通水性の外袋、２は金属イオン捕捉・通水性の熱可塑性樹脂シートよりなる内袋、３は電解質系吸水性樹脂、４は密閉箇所を示す。
【００４９】
なお、図１では、１つの外袋１内に１つの内袋２が設けられ、かつ、外袋１と内袋２とが同時に密閉加工されたものを示したが、本発明はこれに限らず、前述の如く、外袋内に互いに連結又は非連結の内袋が複数個収容されているものであってもよい。
【００５０】
また、本発明の吸水材の外袋及び内袋の各々の形状についても用途に応じて適宜決定される。
【００５１】
＜吸水材＞
本発明の吸水材は、金属イオン濃度が１００ｐｐｍ以上、特に２５０ｐｐｍ以上の高濃度金属イオン含有水を吸収対象とする場合に特に優れた吸水性能を示す。
【００５２】
また、この高濃度金属イオン含有水に含まれる金属イオンは、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属のイオン、Ｃａ、Ｍｇ等のアルカリ土類金属のイオンが挙げられ、本発明は、特に、海水、セメント余剰水、各種産業分野で排出される金属イオン含有廃水等の高濃度金属イオン含有水の吸水に有効である。
【００５３】
＜水嚢＞
本発明の水嚢は、このような本発明の吸水材よりなるものであり、水災現場や土木現場等の吸水、止水用水嚢として工業的に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の吸水材の実施の形態の一例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  外袋
２  内袋
３  電解質系吸水性樹脂
４  密閉箇所
【図１】
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