(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キサンタンガムを主成分とする高吸水性生分解ポリマーであって、
前記キサンタンガムは、少なくとも水が含まれた溶媒中で加熱処理されており、
キサンタンガムと水の割合が１：０．０２〜４で加熱処理させたことを特徴とする高吸水性生分解ポリマー。
【請求項２】
前記キサンタンガムは、水に不可溶性に調製されていることを特徴とする請求項１記載の高吸水性生分解ポリマー。
【請求項３】
５０℃以上２００℃以下で加熱処理させたことを特徴とする請求項１又は２記載の高吸水性生分解ポリマー。
【請求項４】
加熱処理された時間が０．５〜２００時間であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の高吸水性生分解ポリマー。
【請求項５】
加熱処理された熱量がキサンタンガム粉末１ｇあたり８０〜１００００Ｊであることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の高吸水性生分解ポリマー。
【請求項６】
フェヌクリークガム、グアーガム、タラガム、ローカストビーンガム、カシアガム、グルコマンナンのいずれか一以上の多糖類が混合されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の高吸水性生分解ポリマー。
【請求項７】
キサンタンガムを少なくとも水が含まれた溶媒中で加熱処理することを特徴とするキサンタンガムを主成分とする高吸水性生分解ポリマーであって、
キサンタンガムと水の割合が１：０．０２〜４で加熱処理させることを特徴とする高吸水性生分解ポリマーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾燥状態かそれに近い状態で流通し、水が加えられると吸水して含水ゲル状になる高吸水性生分解ポリマー及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高吸水性ポリマーは、乾燥状態かそれに近い状態で流通し、水が加えられると吸水して含水ゲル状になるものであり、吸水して溶解し溶液状となるのでなく膨潤してゲル性を示すことを特徴とするものである。ＪＡＳＫ７２２３によれば、高吸水性ポリマーは、吸水量が１０ｇ／ｇ以上であるものを示している。
【０００３】
高吸水性ポリマーは、多量の水分を保水し、さらにいったん吸水・膨潤したゲルにある程度の圧力を加えても離水しない性質を有するため、おむつやサニタリーナプキンなどの衛生材料に多く利用されている。高吸水性ポリマーは、親水性のポリマーであり、その種類として化学合成によるノニオン系やアニオン系、カチオン系などの側鎖又は主鎖に親水性基を有する多くのポリマーが知られている。例えば、ポリアクリル酸やその誘導体はその代表例である。天然物由来のものとしては、ヒドロキシエチルセルロースやポリグルタミン酸、キトサンなどが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年地球環境に対し世界中が問題提起している中、従来の化学合成による高吸水性ポリマーは、生分解できない素材であるため、ゴミとして焼却処分されて好ましい素材ではない。特に高齢者社会を迎えている日本において、おむつ等は、乳児よりは高齢者においてその使用量が多く、かつ年々増加傾向にあり、今後大きな問題になりつつある。そこで生分解性を有する高吸水性ポリマー素材が望まれている。
【０００５】
一方、すでに天然系の生分解性を有する高吸水性ポリマーもあるが、従来の天然系の高吸水性ポリマーは、ポリアクリル酸系のものに性質上及ばないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、ポリアクリル酸系のものと同等の性質を有する高吸水性ポリマーの性質を有する高吸水性生分解ポリマー及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、キサンタンガムを主成分とする高吸水性生分解ポリマーを見出した。本発明に係る高吸水性生分解ポリマーは、キサンタンガムを主成分とするので生分解性を有する。
【０００８】
また、本発明は、キサンタンガムを加熱処理することを特徴とするキサンタンガムを主成分とする高吸水性生分解ポリマーの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高吸水性生分解ポリマーは、吸水量が１０ｇ／ｇ以上であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る高吸水性生分解ポリマーにおいて、前記キサンタンガムは、水に不可溶性に調製されていることが好ましい。すなわち、本発明に係る高吸水性生分解ポリマーにおいて、キサンタンガムは、吸水能力以上の水、例えば５００倍の水に分散されたときに、可溶して均一な水溶液状態となることは好ましくなく、可溶せず、吸水膨潤部分と水のみの部分が不均一な状態で混合するよう調製されていることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る高吸水性生分解ポリマーにおいて、前記キサンタンガムは、加熱処理されていることが好ましい。このように、加熱処理することによって、キサンタンガムは、親水性基が疎水化して見掛け上架橋構造をとることになり、この構造体が、高吸水性ポリマーの求めている基本構造によく合致するので、ポリアクリル酸系のものと同等の性質を示すと考える。すなわち、本発明に係る生分解性高水性ポリマーは、ポリアクリル酸系のものと同様に水が加えられると吸水して含水ゲル状になり、吸水して溶解し溶液状となるのでなく膨潤してゲル性を示す。また、本発明に係る高吸水性生分解ポリマーは、多量の水分を保水し、さらにいったん吸水・膨潤したゲルに圧力をある程度加えても離水しない性質を有する。
【００１２】
本発明に係る高吸水性生分解ポリマーは、５０℃以上２００℃以下で加熱処理させたものであることが好ましく、特に９０℃以上１２０℃以下の範囲で加熱処理させたものであることが好ましい。５０℃以下の低温領域の反応は、反応の進行が極めて遅く、また２００℃以上の高温領域の反応は、キサンタンガムの主鎖の分解も始まりかつ且つ褐色変化するため好ましくない。この場合、加熱処理時間は、０．５〜２００時間、特に４〜４８時間であることが好ましい。反応時間が短いと、加熱処理されたキサンタンガムが水に溶解してしまい、また反応時間が長すぎると、主鎖の切断や着色が起こる。また、加熱処理された熱量がキサンタンガム粉末１ｇあたり８０〜１００００Ｊ、特に２００〜４０００Ｊであることが好ましい。熱量が少なすぎると、加熱処理されたキサンタンガムが水に溶解してしまい、また熱量が多すぎると、主鎖の切断や着色が起こる。
【００１３】
また、本発明に係る高吸水性生分解ポリマーにおいて、前記キサンタンガムは、溶媒中で加熱処理されていることが好ましく、前記溶媒には、少なくとも水が含まれていることが好ましい。この場合、キサンタンガムと水の割合が１：０．０２〜４で加熱処理させたものであることが好ましい。水分の割合が多すぎると、膨潤粒子が生成せず、水分の割合が少なすぎると、非常に長い加熱時間を必要とする。また、水を含む混合溶媒の場合、他の溶媒がキサンタンガムに対して貧溶媒であれば、キサンタンガムに対する水の割合を任意に設定することができる。キサンタンガムに対する貧溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、アセトン、ｎ−プロパノール、イソプロパノールなどがある。水とこれら貧溶媒との混合溶媒により、原料キサンタンガムが容易に水に溶解してしまうことを阻害することができる。例えば、水とイソプロピルアルコールの等重量の混合溶媒をキサンタンガムに対し１０倍量加えて還流下で加熱処理することにより、本発明に係る高吸水性生分解ポリマーを得ることができる。
【００１４】
さらに、水を含まない溶媒中で加熱処理することによっても本発明に係る高吸水性生分解ポリマーを得ることができる。これら溶媒としては、上述した貧溶媒の他に、ｎ−ブタノール、ｎ−ペンチルアルコール、ｎ−ヘキシルアルコール等の炭素数１〜６のアルカノール、１，３−ブチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコール等の炭素数１〜４のアルカンジオール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）等のエチレングリコールのモノもしくはジ低級アルキル（Ｃ＝１〜４、特に１〜２）エーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のジエチレングリコールのモノもしくはジ低級アルキル（Ｃ＝１〜４、特に１〜２）エーテル等の他、植物油脂、動物油脂、脂肪酸、脂肪酸とグリセリン等のモノ、ジ、トリエステル等の各種油脂類等がある。
【００１５】
本発明に係る高吸水性生分解ポリマーは、ポリアクリル酸系の高吸水性ポリマーと同様に、多量の水分を保水し、さらにいったん吸水・膨潤したゲルに圧力をある程度加えても離水しない性質を有する。すなわち、従来のキサンタンガムや本発明者らが開発した改質キサンタンガム（特開平１０−３３１２５号公報参照）は、冷水可溶性をしめし、溶液状となる特徴を示するが、高吸水性ポリマーと同様に含水ゲル状の性質を示さない。このため、従来のキサンタンガムや改質キサンタンガムは、おむつやサニタリーナプキンなどの衛生材料に用いようとしても、これらキサンタンガムを包装している透水性シートから溶液が漏れ出してしまうため、用いることができない。
【００１６】
さらに本発明の高吸水性生分解ポリマーは、従来のキサンタンガムと反応性を示すローカストビーンガムやタラビーンガム、グアーガム、カシアガム、フェヌクリークガムなどのガラクトマンナンや、コンニャクマンナン（グルコマンナン）などと混合して使用しても良く、これら糊料と混合することにより強固な高吸水性ポリマーを得ることができる。
【００１７】
本発明に係るキサンタンガムを主成分とする高吸水性生分解ポリマーの製造方法において、前記キサンタンガムは、５０℃以上２００℃以下の範囲で加熱処理されることが好ましく、加熱処理される時間が０．５〜２００時間であることが好ましい。また、加熱処理される熱量がキサンタンガム粉末１ｇあたり８０〜１００００Ｊであることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係るキサンタンガムを主成分とする高吸水性生分解ポリマーの製造方法において、前記キサンタンガムは、溶媒中で加熱処理されることが好ましく、前記溶媒には、少なくとも水が含まれていることが好ましい。この場合、キサンタンガムと水の割合が１：０．０２〜４で加熱処理されることが好ましい。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明に係る高吸水性生分解ポリマーの実施例について説明する。先ず、 キサンタンガム（ＡＤＭ社製）を水との割合を１０：１及び１１０℃の環境下で３０分（実施例１）、１時間（実施例２）、２時間（実施例３）、３時間（実施例４）、４時間（実施例５）、５時間（実施例６）と時間を変えて加熱処理させることによって、実施例１乃至６に係る高吸水性生分解ポリマーを得た。比較例１として加熱処理しないキサンタンガムを用意し、比較例２として従来の高吸水性ポリマーとして使用されているポリアクリル酸ナトリウム系重合体（住友精化株式会社製、商品名「アクアキープ」）を用意した。
【００２０】
これら実施例１乃至６に係る高吸水性生分解ポリマー、並びに比較例１に係るキサンタンガム及び比較例２に係るポリアクリル酸ナトリウム重合体それぞれ１ｇを自由膨潤できる条件（２００倍吸水しても破裂しない袋の大きさ）のティーパック袋に入れ、２０℃の５００ｃｃの水に１時間浸漬して吸水倍率を調べた。吸水後、さらにティーパックを取り出し、残りの水の粘度についてＢ型粘度計（東機産業株式会社製ビスコメーター）にて測定した。吸水倍率と粘度についての結果を表１に示した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１から明らかなように、高吸水性ポリマーの吸水倍率は、加熱時間が長くなるに従い増加することが分かる。また、残りの水の粘度は、反応時間が短いときのキサンタンガムは、溶解が認められるため溶液中に溶出して粘度を発現しているが、加熱時間が長くなると溶出は認められず、溶解型のキサンタンガムから高吸水性ポリマー型のキサンタンガムに変わっていることが分かる。
【００２３】
さらに、比較例２に係るポリアクリル酸ナトリウム重合体の吸水倍率は、２０２倍であり、残りの水の粘度は、３．１ｍＰａ・ｓであり、これらの値が実施例１乃至６に係る高吸水性生分解ポリマーと同等であることが分かった。このことから、実施例１乃至６に係る高吸水性生分解ポリマーが従来から高吸水性ポリマーとして使用されているポリアクリル酸ナトリウム重合体と同等の性質を有することが分かる。
【００２４】
次に、実施例１乃至６に係る高吸水性生分解ポリマー及び比較例１に係るキサンタンガムそれぞれ０．３ｇを水１リットルに分散させ、これらに０．１重量％のクリスタルバイオレット溶液２．５ｍｌを添加した。それぞれの分散液を遠心分離機（コクサン（株）製）に１８００Ｇ、３０分間かけて、上層部と下層部それぞれについて透過率（Ｔ％）を吸光光度計により測定した。その結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２から明らかなように、実施例５及び６に係る高吸水性生分解ポリマーは、透過率が異なり、キサンタンガムが分離沈降した下層部は、透過率が低いことが分かる。すなわち、実施例５及び６に係る高吸水性生分解ポリマーにおいて、キサンタンガムは、可溶せず、吸水膨潤していることが分かる。
【００２７】
次に、光学顕微鏡によって、比較例１に係るキサンタンガム、実施例２、３、５及び６に係る高吸水性生分解ポリマーそれぞれの水膨潤粒子を観察した。その膨潤粒子の状態の顕微鏡写真を図１乃至５に示す。図１乃至５から明らかなように、反応時間を長くした高吸水性生分解ポリマーのキサンタンガムの方が、より膨潤粒子になっていることが分かる。
【００２８】
次に、実施例６に係る高吸水性生分解ポリマーの０．５％水膨潤ゲルと比較例２に係るポリアクリル酸ナトリウム重合体の０．５％水膨潤ゲルを不織布に詰めて、湿潤下において、土中に入れ、１ヶ月後の生分解の進行度を調べた。
【００２９】
その結果、実施例６に係る高吸水性生分解ポリマーには、カビの発生が認められ、粘度が低下していたが、ポリアクリル酸ナトリウム重合体には、カビの発生が認められず、実施例６に係る高吸水性生分解ポリマーが生分解性を有することが分かる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、キサンタンガムを主成分とすることによって、生分解性を有するとともに、ポリアクリル酸系のものと同等の性質を有する高吸水性ポリマーの性質を有する高吸水性生分解ポリマー及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１に係るキサンタンガム水溶液の光学顕微鏡写真である（３０倍）。
【図２】実施例２に係る高吸水性生分解ポリマーの光学顕微鏡写真である（３０倍）。
【図３】実施例３に係る高吸水性生分解ポリマーの光学顕微鏡写真である（３０倍）。
【図４】実施例５に係る高吸水性生分解ポリマーの光学顕微鏡写真である（３０倍）。
【図５】実施例６に係る高吸水性生分解ポリマーの光学顕微鏡写真である（３０倍）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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