(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に接着され、水または水性液を吸収でき、１０〜１０００μｍの直径を有する分離した半球体片の形態の、ポリ（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリレートのナトリウム塩、カリウム塩並びにアンモニウム塩、ポリアミド、セルロースポリマーおよびそれらの組合せからなる群から選択される超吸収性物質を備えた基材。
【請求項２】
半球体片は、５０〜５００μｍの直径を有する請求項１に記載の基材。
【請求項３】
半球体片は、１００〜２００μｍの直径を有する請求項２に記載の基材。
【請求項４】
超吸収性物質は発泡されている請求項１〜３のいずれかに記載の基材。
【請求項５】
適したモノマーを触媒存在下で重合することによって、または既に形成されたポリマーを水または水性溶媒に溶解することによって、ポリマー溶液を得、架橋剤をポリマー溶液に添加し、ペースト状組成物を得、次いで、スクリーン印刷技術によって基材にペースト状組成物を適用し、適用したペースト状組成物を乾燥し、架橋することにより製造される請求項１〜３のいずれかに記載の基材。
【請求項６】
適したモノマーを触媒存在下で重合することによって、または既に形成されたポリマーを水または水性溶媒に溶解することによって、ポリマー溶液を得、架橋剤をポリマー溶液に添加し、ペースト状組成物を得、ペースト状組成物に発泡剤を添加し、次いで、スクリーン印刷技術によって基材にペースト状組成物を適用し、ペースト状組成物の適用の間またはその後に発泡させ、乾燥し、架橋することにより製造される請求項４に記載の基材。
【請求項７】
ペースト状組成物は、テンプレートによって適用する請求項５または６に記載の基材。
【請求項８】
テンプレートの開口により、得られる超吸収性物質のパターンを決定する請求項７に記載の基材。
【請求項９】
ペースト状組成物が、組成物の粘度を変化させるための薬剤、超吸収性物質の基材への付着性を改良するための薬剤、超吸収性物質を軟化させるための薬剤、組成物を伝導性にするための薬剤から選択される他の添加剤をさらに含む請求項１〜８のいずれかに記載の基材。
【請求項１０】
組成物の粘度を変化させる薬剤が、アクリレート、ポリウレタンまたはそれらの組合せから選択される請求項９に記載の基材。
【請求項１１】
超吸収性物質の基材への付着性を改良する薬剤が、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）またはそれらの組み合わせから選択される請求項９に記載の基材。
【請求項１２】
超吸収性物質を軟化する薬剤が、超吸収性物質と共重合する可塑剤である請求項９に記載の基材。
【請求項１３】
架橋剤が、熱的励起後に短時間でカルボキシレートおよび炭酸官能基と反応できる２つの官能基を含む請求項１〜１２のいずれかに記載の基材。
【請求項１４】
組成物を伝導性にするために、組成物がすす又は炭素すすを含む請求項９〜１２のいずれかに記載の基材。
【請求項１５】
基材は、繊維製品、不織布、紙、フィルム、アルミニウムテープまたはファイバーである請求項１〜１４のいずれかに記載の基材。
【請求項１６】
ペースト状組成物が、架橋剤０．１〜５重量％を含む請求項１〜１５のいずれかに記載の基材。
【請求項１７】
ペースト状組成物が、架橋剤０．５〜３重量％を含む請求項１６に記載の基材。
【請求項１８】
適したモノマーを触媒存在下で重合することによって、または既に形成されたポリマーを水または水性溶媒に溶解することによって、ポリマー溶液を得、ポリマー溶液に架橋剤を添加し、ペースト状組成物を得、次いで、１０〜１０００μｍの直径を有する、分離した半球体片の形態で組成物を基材に適用し、適用組成物を乾燥し、架橋することからなる請求項１に記載の基材の製造方法。
【請求項１９】
半球体片は、５０〜５００μｍの直径を有する請求項１８に記載の基材の製造方法。
【請求項２０】
半球体片は、１００〜２００μｍの直径を有する請求項１９に記載の基材の製造方法。
【請求項２１】
更に、ペースト状組成物に発泡剤を添加し、その後基材に組成物を適用し、組成物の適用の間またはその後に発泡させることを含む請求項１８〜２０のいずれかに記載の基材の製造方法。
【請求項２２】
スクリーン印刷技術によって、ペースト状組成物を基材に適用する請求項１８〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
スクリーン印刷技術において、組成物を分離した片の形態で基材に適用するように、開口の形態、大きさおよび分布を有するテンプレートを使用する請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
得られる片が半球体になるように、テンプレートの開口の形態を選択する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ケーブルにおける外装物質として使用するための請求項１〜１７のいずれかに記載の基材。
【請求項２６】
衛生製品として使用するための請求項１〜１７のいずれかに記載の基材。
【請求項２７】
包装および包装物質としてまたはこれらにおいて使用するための請求項１〜１７のいずれかに記載の基材。
【請求項２８】
農業用基材において使用するための請求項１〜１７のいずれかに記載の基材。
【請求項２９】
請求項１〜１７のいずれかに記載の基材から形成される外装物質を備えたケーブル。
【請求項３０】
請求項１〜１７のいずれかに記載の基材を備えた衛生製品。
【請求項３１】
請求項１〜１７のいずれかに記載の基材から形成されるか、または少なくとも部分的に構成される吸収手段を備えた衛生製品。
【請求項３２】
請求項１〜１７のいずれかに記載の基材から形成されるか、もしくは少なくとも部分的に構成されるかまたはそのような基材を含んでなる包装物質。
【請求項３３】
請求項１〜１７のいずれかに記載の基材から形成されるか、または少なくとも部分的に構成される農業用基材。
【発明の詳細な説明】
本発明は、超吸収性物質を備えた基材、該基材の製造方法、該超吸収性物質の製造方法、さらにさまざまな製品における該基材の使用に関する。
さまざまな用途で使用される超吸収性物質は、数十年前から存在している。そのような超吸収性物質は、液体、特に水を超吸収性物質の重量の何倍も、時には５００倍も結合することができる。
そのような物質の超吸収力は、膨潤に基づく。その物質は、多くのＣＯＯＨ基を含む少なくとも部分架橋ポリマーである。水または水性液と接触すると、水素原子が解離して、ＣＯＯ-を形成する。これらの負電荷カルボキシレート基は、お互いに反発し、そのために、架橋ポリマーは、三次元ネットワークを形成し、水分子が、捕えられたようになる。水分子は、水素結合によって超吸収性物質に含まれる。物質の（部分）架橋は、それ自体の効果に必須である。というのは、「分離した」ポリマー鎖は、液体を吸収するかわりに液体に単に溶解しうるからである。
超吸収性物質は、粉体またはファイバーとして生じる。粉体の利点は、十分に大きい表面積のために、ファイバーより著しく高い吸収力を有することである。超吸収性ファイバーは、さらにより高価である。
粉体は、通常基材に適用され、最終製品に順次加工される。特別な場合において、粉体は、直接に加工されもする。しかしながら、粉体の最大の欠点は、粉体によって被覆された基材の製造において、ならびに基材および粗い粉体の加工において、ダスティングおよび塵害を引き起こすことである。塵害は、非常に不快だけでなく、材料の損失を引き起こし、それゆえに無駄であり、さらに粉体により作業者の健康を害する。
本発明の目的は、上記の欠点を有しない超吸収性物質を備えた基材を提供することにある。
この目的は、適したモノマーを触媒存在下で重合し、ポリマー溶液を得、架橋剤をポリマー溶液に添加し、ペースト状組成物を得、その後、基材上または基材中に組成物を適用し、適用した組成物を乾燥し、架橋させ、超吸収性物質を有する基材を得ることによって達成される。
本発明の他の態様において、ポリマー溶液を、重合するかわりに、既に形成されたポリマーを水または水性溶媒に溶解し、次いで架橋剤を添加することによって調製もできる。得られた組成物は、再び適した基材に適用される。
超吸収性粉体を調製する従来の方法は、適したモノマーおよび架橋剤を共に添加し、触媒の存在下で重合させることからなる。このようにして得られるポリマーを、ゲル化し、乾燥し、その後粉体にする。図１は、従来技術の超吸収性粉体を製造する製造工程のアウトラインを概略的に示す。
しかしながら、本発明における方法において、架橋工程は、重合の間になされず、重合の後だけである。架橋は、ポリマー溶液と架橋剤の混合物の適用の前、間または後に行う。超吸収性を有する物質は、その後、乾燥によって製造される。図２は、概略図で本発明の工程を示す。
本発明の手順の利点は、塵害が、超吸収性物質を基材中または基材上に適用する間または基材自体を加工する間にはもはや生じないことである。付加的な無駄が生じることも妨げられる。
所望により、他の添加剤を、架橋剤の添加前、同時または後に組成物に添加できる。そのような添加剤の目的は、例えば、組成物の粘度を変化すること（適用を容易にすること）、物質の基材への付着を改良すること、超吸収性物質を軟化すること（付着を改良すること）、伝導性を増加させることまたは適用の後もしくは間で組成物を発泡させることである。
組成物の粘度を変化させる添加剤は、例えば、アクリレート、ポリウレタンまたはそれらの組み合わせから選択されてよい。粘度の変化は、組成物を基材に適用する特定の方法において必要になることがある。スクリーン印刷技術において、特定の場合適用した量の物質が、流れ出さないかゆっくり流れ出すことが好適であり得る。広がり速度は、粘度の増加によって影響されうる。
超吸収性物質の基材への付着性を改良する添加剤は、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）またはそれらの組み合わせである。これらの物質は、通常使用される基材に比較的よく付着する。超吸収性物質にそれらを含むことによって、超吸収性物質の付着は改良される。そのような接着剤は、ペースト状組成物の適用より前に基材上の被覆層として用意されてもよい。接着性は、可塑剤を添加することによっても高められる。適した可塑剤は、好ましくは超吸収性物質と共重合される可塑剤であり、その結果、該可塑剤は、ポリマーから、例えばケーブル絶縁体に拡散しえない。得られる超吸収性物質が、あまりに硬すぎることはなく、基材から簡単に引き離しうることが可塑剤によって確保される。
物質または最終製品の伝導性（導電性）を改良するために、例えばすす（炭素）または他の伝導性物質を混合してよい。
適した発泡剤としては、例えばServo Amfolyt JA140TM、NekanilTMまたはそれらの組み合わせが挙げられる。発泡体形態の吸収性物質の利点は、表面を十分に大きくすることである。その結果、膨潤力も同様に増加する。というのは、水分子が、ポリマーネットワークのカルボキシル基に簡単に接近するからであり、水分子によりカルボキシル基は迅速に分解しうる。
原則としては、適した膨潤特性を有するいかなるポリマーも、基材に適用できるペースト状組成物に上記の方法で加工されてよい。しかしながら、ポリアクリレート、好ましくはナトリウムまたはアンモニウム塩アクリルアミドおよびセルロース様ポリマーが特に薦められる。適した架橋剤は、ポリマーに応じて添加される。平均的な知識を有する当業者には、適した架橋剤を選択できるであろう。
原則としては、いかなる所望の材質も、基材への超吸収性物質の接着が可能なかぎり、基材として使用できる。基材の例としては、例えば、繊維製品（布）、不織布、紙、フィルム、例えばプラスチックまたは金属、テープ材料、例えばアルミニウム、またはペトロゼリー様充填コンパウンドが挙げられる。平らな基材に加えて、フィラメント状またはファイバー状基材も使用できる。
本発明は、さらに超吸収性物質の被覆を備えた基材の製造方法に関し、その製造方法は、適したモノマーを触媒の存在下で重合し、架橋剤を添加し、ペースト状組成物を得、その後、その組成物を基材に適用し、適用した組成物を架橋させ、乾燥させ、超吸収性物質を有する基材を得ることからなる。
他の態様にしたがって、ポリマー溶液を、重合のかわりに、ポリマー鎖を水または水性溶媒に溶解することによって得てもよい。
ペースト状組成物を基材に適用する方法としては、異なる可能な方法がある。完全な表面被覆は、実質的に閉じた層を得る。原則としては、閉じられた層は、比較的低い吸収力を有する。しかしながら、特定の用途にとって、そのような製品が所望されうる。しかしながら、表面被覆に加えて、ペースト状物質をブラシング、ローリングなどによって適用してもよい。
適用の第３方法は、含浸である。含浸は、例えばペースト状組成物とともに基材を２つのローラーに通すことよって行う。基材の湿潤性に応じて、閉じられた層を得るか、または組成物の蓄積が局部的に形成する。後者は、特に疎水性基材を使用する際に生じる。
ペースト状組成物の適用する第３の可能性は、スクリーン印刷技術方法による。物質を基材にテンプレートによって適用する。テンプレート中の開口の形態、分布および大きさは、基材上の得られるパターンを決定する。
膨潤物質の性質は、多くの因子に影響する。温度比（適用および乾燥の間）および乾燥時間の両方ならびに組成物の粘度は、基材への接着にとっておよび膨潤力にとって重要である。架橋剤は、比較的高い温度および水性媒体中で一般に活性である。理想的な場合、架橋は、１５０〜２００℃、好ましくは約１７５℃で、水が蒸発しないような圧力下で行うべきである。しかしながら、実用的には、大気圧および約１７５℃がしばしば選択される。本発明によれば、１７５℃で１〜３分間の乾燥時間で、良好な性質を有する吸収性物質が得られる。しかしながら、時間および温度は、アクリレートと架橋剤の量比および混合物の粘度に依存して変えることができる。
第１乾燥工程において、架橋剤の蒸発は、できるかぎり妨げなければならないことが見い出された。このことは、できるかぎり低い空気循環で操作することによって達成される。
さらに、超吸収性物質が適用される形態は、吸収性にとって重要でもある。粉体について、約１００〜２００μｍの直径を有する粒子が、最良の吸収性を有することが見い出された。本発明によれば、組成物は、好ましくは分離した、実質的に半球体片の形態で好ましくは適用される。しかしながら、用途に依存して、その片は、より大きいまたはより小さい直径、例えば１０〜１０００μｍ、好ましくは５０〜５００μｍを有して良い。
基材上の片の分布は、ランダムまたは決定されたパターンにしたがってよい。さらに、より多くの片または異なる直径を有する片を、局所的に吸収力を増加させるために、基材上の決定された位置に用意してよい。このことは、例えば、製品が、衛生製品、例えば赤ちゃん用おむつおよび生理用ナプキンに使用される場合に重要である。当業者にとっては、パターンが、特定の用途に最も適する単純な試験によって明らかになるであろう。
基材の吸収力は、適用した超吸収性物質の量に依存する。ここでは３０ｇ／ｍ2が、十分な吸収をすでに提供しうる。この特定の情報から始めて、どれだけの量の物質を２００μｍの片に適用すべきかおよびその片の距離はどれくらいかを、例えば、次の計算式にしたがって計算する：
◎片の体積は、
２／３πｒ3＝２／３×３．１４×（０．００２）3＝１．７×１０-8dm3
である。
◎比重は、１ｋｇ／ｍ3とする。
◎半球体の重量は、１．７×１０-5ｇである。
◎３０ｇ／ｍ3の重量から、１．７５×１０6半球体になる。
◎半球体１つの直径表面は、３．１４×１０-8ｍ2である。
◎ドットの全表面は０．０５５３ｍ3である。
◎ドットの間の距離は、８×１０-6−２×１０-6＝６００μｍである。
適用される物質の量は、テンプレート中の開口の形態および大きさによって決定される。半球体片において、物質は、好ましくは円筒状の形態で適用され、かすかに流れ出すことによって、理想的な半球体形状を採る。
ＣＰ３０テンプレートによって適用される超吸収性物質は、水道水に１０ｇ／ｍ2につき約１ｍｍの膨潤力を有する。吸収体の完全表面被覆層は、例えば、１０ｇ／ｍ2につき約０．２ｍｍの膨潤力（平均導電率を有する水道水）を有する。
本発明による超吸収性物質を有する基材は、一般的には、超吸収性粉体およびファイバーならびに超吸収性粉体およびファイバーを備えた基材物質が現在使用されるいかなる分野でも使用されうる。
特に好都合な用途の例としては、ケーブル産業の外装物質として基材の使用が挙げられる。外装物質は、電気ケーブルおよびデータケーブルに使用され、多くの機能を有する。外装物質は、例えば、ケーブルに導電性部分を嵌め込んだり、環境に対するバリヤを形成したり（いわゆる、ベッディング機能）するように作用する。さらに、外装物質は、ケーブル要素を一体に保持するために使用される（いわゆる、結合）。さらに、ケーブルの所定要素は、相互に分離されねばならない（分離）。重要な第４のおよび最終の機能は、いわゆる防水であり、横方向ならびに長手方向でコアに水が侵入することを妨げなくてはならない。本発明による外装物質は、この後者の機能に特に適している。これまで、超吸収性粉体で被覆されたペトロゼリー様コンパウンドまたは基材物質は、この目的のために使用されている。ペトロゼリーの加工は、好ましくなく、かなりの程度で汚れ、ゼリーの漏れなどを引き起こす。粉末状超吸収性物質の欠点は、すでに記載されている。本発明による基材は、特にケーブル中の防水物質として適している。
超吸収性物質は、さらに衛生製品、例えば赤ちゃん用おむつ、生理用ナプキンおよび失禁用製品にも多く使用される。そのような製品の製造および使用において、これまで使用された粉末の欠点は、本発明による基材を使用することによって避けられる。
本発明による基材の他の用途としては、農業分野であり、例えば、農業基材において、物質の超吸収性によって湿分調節条件を提供しうる。
超吸収性物質は、包装産業においても使用される。全く湿気のない状態で貯蔵されねばならない製品において、シリカゲルの袋がしばしば一緒に包み込まれる。本発明は、例えば、超吸収性物質を備えた基材中に直接に製品を包むことを可能にする。
本明細書では、次の用語を使用する。「ポリマー溶液」は、架橋剤の添加前の液相を含むポリマーと理解される。「組成物」は、架橋剤の添加後、基材への適用前およびその後、所望により架橋後、乾燥前のポリマー溶液と理解される。「吸収性物質」は、架橋および乾燥後の組成物を意味する。
本発明を、実施例に基づいてさらに説明するが、実施例は本発明を限定するものではない。
実施例
本発明による超吸収性物質を、２成分から調製した。成分１は、前架橋ポリ（メタ）アクリル酸からなり、部分的には塩の形態であってよい。その場合、対イオンは、ナトリウム、カリウムまたはアンモニウムである。加えて、溶液は、所望によりコモノマーとしてアクリルアミドを含む。しかしながら、カルボキシル基を含むモノマー（（メタ）アクリル酸）は、常に、過剰で存在しなければならない。
成分２は、実際の反応性架橋剤であり、好ましくは熱的励起後、短時間でカルボキシレートまたは炭酸官能性基と反応できる２つの官能基を含む。
混合物を基材に適用するすぐ前に、成分１に対して０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％の量の成分２を、成分１（９５〜９９．９重量％）に添加し、均質に混合する。
１００〜５００μｍ、好ましくは２５０μｍの直径および５〜２０％、好ましくは１３％の開口面積を有する片の規則的なパターンを得るように、５００〜１０００μｍ、好ましくは７４５μｍのメッシュ幅を有するスクリーンによるスクリーン印刷技術によって、混合物を適した基材に適用する。印刷後、架橋プロセスを生じさせるために、混合物で被覆した基材を、乾燥する。こうして得られた製品は、９ｇ／ｍ2（乾燥）の適用で膨潤力１ｍｍを有する。
本発明は、超吸収性物質を備えており、製造および加工の間に、通常使用される超吸収性粉体によって被覆された基材の欠点を全く示さない新規な基材を提供する。新規な方法は、基材製造のために、および準備のために提供される。基材は、異なる形態を採ることもでき、多くの用途に使用できる。
【図１】
0003917178.tif 000002
【図２】
0003917178.tif 000003