JP2003048997A - 高吸水性デンプンゲル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境低負荷型の生分解性デンプン吸水剤にお
いて、吸水量の増大、吸水速度の向上、価格の低減を計
ることが本発明の課題である。 【解決手段】 本発明は、カルボキシメチルデンプン
（ＣＭＳ）をデンプンと良く混合し、水を添加してペー
スト状態（糊状）になるように良く練り、電離性放射線
を照射して得られる高吸水性デンプンゲルを課題解決手
段とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使い捨てオムツ等
のように多量に水を吸収する生分解性の高分子吸水ゲル
に関する。この高分子吸水ゲルは、材料的には水溶性の
デンプン誘導体とデンプンとからなる橋かけ高分子吸水
ゲルからなる。これは土壌中の微生物により生分解する
環境に優しい高分子吸水ゲルである。

【０００２】

【従来の技術】吸水性のゲルには、アクリル酸ソーダ、
デンプンにアクリル酸をグラフト重合したもの、又はポ
リエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、アクリ
ルアミド若しくはポリビニルピロリド水溶液を電離性放
射線で照射し、橋かけ反応によって得られる吸水ゲルが
ある。ホルマリンやグルタルアルデヒドなどによる化学
処理による橋かけによって得られる吸水ゲルもある。吸
水ゲルは、農業、医療、衛生用品の分野で多量に使用さ
れている。今後も生産量が増大していくことが予測され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ポリアクリル酸ソーダ
などのような水溶性ポリマーを橋かけして得られる吸水
ゲルは、使い捨てオムツなどの衛生用品に広く使われて
いる。しかし、幼児や病院で使った使い捨てオムツなど
は、主に焼却処理により処分されている。濡れたオムツ
などを焼却炉に入れると、燃焼温度が低下しダイオキシ
ンの発生にもつながる。又、土壌中に埋設処理した場合
は分解せず、長い期間滞留する。

【０００４】デンプンなどの天然材料については、ホル
マリン、グルタルアルデヒド、エピクロルヒドリンなど
の試薬を使い化学橋かけにより吸水材を合成する方法が
ある。しかし、これらの化学物質は、毒性が強く、作業
現場の環境汚染と吸水材中への残留といった問題があ
る。

【０００５】このため環境に負荷を与えない材料による
吸水材が求められている。土壌中の微生物によって分解
・消化し、使用後の処理の容易な生分解性高分子は環境
低負荷型材料として注目されている。しかし、生分解性
材料では吸水量の増大、吸水速度の向上、価格の低減が
重要な課題となっている。これらの解決が生分解性吸水
材の用途拡大に急務となっている。生分解性のデンプン
吸水剤は使用後の回収システムが構築できれば、コンポ
スト化により処分でき肥料として再資源として使うこと
のできる循環型材料になる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、高吸水性デン
プンゲルに関するものであり、それは、カルボキシメチ
ルデンプン（ＣＭＳ）をデンプンと良く混合し、水を添
加してペースト状態（糊状）になるように良く練り、電
離性放射線を照射することにより得られる。

【０００７】ＣＭＳは水との濃度が１０％以上のペース
ト状態で照射を行うと橋かけ反応が起き、生分解性吸水
ゲルになることは公知である（特願２０００−１５２３
７２号）。そこで、実用化の促進を計るため、ＣＭＳ吸
水ゲルの吸水量や吸水速度のような特性を上げる研究を
鋭意行った。

【０００８】本発明では、ＣＭＳに何も処理していない
デンプンを加えることにより本課題を解決した。デンプ
ンは低価格であるため、生分解性ＣＭＳゲルの価格の低
減にも繋がる。

【０００９】

【発明の実施の形態】ＣＭＳ単独のペースト状照射で
は、１０〜６０％のＣＭＳ濃度で橋かけ反応が起きる。
６０％以上のＣＭＳ濃度では水が均一に分散しないため
放射線橋かけが起きにくい。デンプンを添加した場合も
同様で橋かけはＣＭＳとデンプンの全濃度が水に対し６
０％までが限度である。ＣＭＳとデンプンのブレンド比
（デンプン／ＣＭＳ）は、０．２／１〜４／１である。
好ましくは１／１付近のブレンド比が最も好ましい。

【００１０】本発明においては、まずＣＭＳとデンプン
を前記ブレンド比の範囲となるようブレンドし、更に所
望の濃度になるよう水を添加して、これらを溶解するこ
とができる温度で良く混ぜることにより濃厚液を調製す
る。

【００１１】次に、このようにして得られたデンプンと
ＣＭＳを含む濃厚液に高エネルギー電離性放射線を照射
することにより橋かけ反応が起こり、ゲルが得られる。
ここで、電離性放射線は、工業的生産のためコバルト６
０からのγ線と加速器による電子線、Ｘ線が好ましい。
電子加速器は厚物の照射ができる加速電圧１ＭｅＶ以上
の中エネルギーから高エネルギー電子加速器が最も好ま
しい。照射前の試料に圧力をかけフィルム状に加工すれ
ば１ＭｅＶ以下の低エネルギー電子線加速器でも電子線
が透過するため放射線橋かけによりゲルを得ることがで
きる。照射中の酸素による橋かけへの影響はほとんどな
いが、照射中の水分の蒸発防止及び橋かけ密度の低下を
抑制するため、ポリエステルなどのプラスチックフィル
ムなどにより試料上面をカバーして照射するのが望まし
い。

【００１２】本発明の電離性放射線は、γ線、電子線、
Ｘ線であり、照射の線量は０．１〜１，０００ｋＧｙで
ある。本発明で用いられる材料は、室温の水に溶解する
ＣＭＳと加温下で水に溶解して糊状になるデンプンであ
る。

【００１３】ＣＭＳはトウモロコシ、コメ、ジャガイ
モ、タピオカ、サツマイモなどを原料としたデンプンを
カルボキシメチル化したものである。カルボキシメチル
の置換度は０．０５から２．０のものが合成でき、水に
溶解する。

【００１４】デンプンはトウモロコシ、コメ、ジャガイ
モ、タピオカ、サツマイモなどから得られるものであ
る。これらは放射線照射により分解型の材料である。本
発明は、ＣＭＳとデンプンを水と良く混合し、加温下で
糊化したものを照射して達成した。デンプンは単独で照
射を行った場合、分解が起き粘度低下を引き起こす。し
かしながら、本発明のようにデンプン誘導体と混合し、
照射を行うと、デンプンも橋かけを起こし、ＣＭＳ単独
の照射よりもゲル分率が高く、高吸水性を持つゲルが得
られることを発見した。

【００１５】（１）ゲル分率 照射後得られたゲルを凍結乾燥し、５０℃真空乾燥器中
で恒量になるまで乾燥する。乾燥した試料を２００メッ
シュのステンレス網に入れ、多量の水に４８時間浸漬す
る。橋かけしない溶解成分は水側に移るため、ゲル成分
のみが金網中に残る。ゲル分を包含したステンレス網を
メタノール中に１時間浸漬し、その後５０℃で２４時間
乾燥する。ゲル分率は次式により算出する。

【００１６】ゲル分率（％）＝（溶解成分を除いたゲル
重量／初期乾燥重量）×１００ （２）吸水量 ペースト状で照射により得られたゲルを乾燥し、それを
純水に漬け、１ｇの乾燥ゲルが吸収する水の量（２５℃
水中平衡重量）を求めた。

【００１７】本発明のハイドロゲルはＣＭＳ単独のゲル
よりもデンプンを添加して照射することによりゲル分率
が増大し、水吸収量も著しく増大する。これは現在、良
く使われている高分子吸収材であるアクリル酸ソーダの
吸水量を上回るものである。

【００１８】また、本発明のハイドロゲルの利点は、土
壌中の微生物により分解・消化される材料であるため、
分解後は肥料として活用でき、再びデンプンなどを生み
出すことのできる資源循環型の材料である。したがっ
て、現在主に焼却処分にて処理されている使い捨てオム
ツなどに変わる環境に適した高分子吸収材になると期待
できる。

【００１９】

【実施例】実施例１ 材料として、コーンデンプン５ｇ（５％）、ＣＭＳ２０
ｇ（２０％）、蒸留水７５ｇを採取し、７０℃で良く混
合しペースト（糊）状にする。これを塩化ビニリデン製
の袋に入れ、脱気した後、加速器により電子線を５ｋＧ
ｙ照射した。ゲル分率９８％、ドライゲル１ｇが３９８
ｇを吸水する。コンポスト化試験による生分解性は、三
週間で５９％が分解した。

【００２０】比較例１ ＣＭＳ単独の濃度２０％（ＣＭＳ２０ｇ、水８０ｇ）の
ペーストに電子線を５ｋＧｙ照射したところゲル分率５
１％、ドライゲル１ｇが２５３ｇを吸水する。コンポス
ト化試験による生分解性は、三週間で３８％が分解し
た。

【００２１】実施例２ 実施例１と同様の方法で橋かけ実験を行った。コーンデ
ンプン１０ｇ（１０％）、ＣＭＳ２０ｇ（２０％）、蒸
留水７０ｇを７０℃で良く混合しペースト（糊）状にす
る。これをポリ塩化ビニリデン袋に入れ、脱気した後、
加速器により電子線を３ｋＧｙ照射した。ゲル分率が７
０％、ドライゲル１ｇが３６０ｇの水を吸収した。コン
ポスト化試験による生分解性は、三週間で６８％が分解
した。

【００２２】比較例２ ＣＭＳ濃度２０％（ＣＭＳ２０ｇ，水８０ｇ）のペース
トに電子線を３ｋＧｙ照射したところゲル分率５５％、
ドライゲル１ｇが２５５ｇを吸水する。コンポスト化試
験による生分解性は、三週間で４１％が分解した。

【００２３】以上のように明らかにデンプンがＣＭＳの
ゲル分率、吸水量、生分解性の向上に有効であることが
明らかである。この他にデンプンの添加はＣＭＳゲルに
フィラー効果として作用し、強靭性が増す。このため吸
水ゲルとして使用した場合、ゲルが壊れることがない有
用な性質が得られる。このようにデンプンはＣＭＳゲル
のゲル分率、吸水量、生分解性の向上のほかにゲル強度
の改善にも有効であることが分かった。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、ＣＭＳにデンプンを加え
水と良く練りペースト状で照射を行うと、ＣＭＳ単独よ
りもゲル分率、吸水性、生分解が向上することを見出し
た。

【００２５】本発明のゲルは、幾つかの応用が期待でき
る。衛生用品では使い捨てオムツがある。生分解性であ
るため、使用後回収しコンポスト化処理により処分でき
る。その後は肥料として用いることができる。

【００２６】乾燥地農業の土壌改良剤として土壌に本発
明のゲルを混合すると、作物の根に常に湿潤環境を与え
るため収穫量が増える。収穫後は生分解し、作物の栄養
源になり再びデンプンを作る循環形資源となる。さら
に、砂漠化防止にも役立つと期待できる。過度の放牧や
耕作により土地がやせ、砂漠化が進んできているところ
では、本発明のゲルを土壌中に混合することにより雨水
が保持でき土地に湿潤環境を与えるため、作物が育ち砂
漠化を防止できるようになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ａ６１Ｆ 5/44 Ａ６１Ｆ 5/44 Ｈ ４Ｊ００２ 13/49 Ａ６１Ｌ 15/00 13/53 Ａ４１Ｂ 13/02 Ｄ Ａ６１Ｌ 15/00 (72)発明者 久米 民和 群馬県高崎市綿貫町1233番地 日本原子力 研究所高崎研究所内 Ｆターム(参考） 3B029 BA17 4C081 AA01 AA12 AC05 BA17 BB01 BC03 CC06 CD031 CD032 DA12 DC12 EA14 4C098 AA09 CC03 DD05 DD30 4F070 AA03 AB02 AB10 AB11 AC72 AE30 HA03 HA04 HB01 4G066 AC01B AE06B BA28 CA43 DA13 EA05 FA03 FA31 FA37 4J002 AB04W AB04X GB00 GC00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カルボキシメチルデンプン（ＣＭＳ）と
   デンプンとをブレンドし、水と良く練り糊状のペースト
   状態で電離性放射線の照射によって得られる高吸水性デ
   ンプンゲル。
2. 【請求項２】 電離性放射線はγ線、電子線、Ｘ線であ
   り、線量は０．１〜１，０００ｋＧｙである請求項１記
   載の高吸水性デンプンゲル。
3. 【請求項３】 ＣＭＳとデンプンとのブレンド比（デン
   プン／ＣＭＳ）は、０．２／１〜４／１とし水と良く練
   ったペースト状態である請求項１又は２記載の高吸水性
   ゲル。
4. 【請求項４】 １グラムの乾燥ゲルが５０グラム以上の
   水を吸収する請求項１〜３のいずれかに記載の高吸水性
   デンプンゲル。