JP3053427B2 - クレー及び超吸収性ポリマーのペレット - Google Patents

クレー及び超吸収性ポリマーのペレット

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は水分吸収性粒子に関する。
水分吸収性粒子〔例えば、動物用寝わら（animal lit
ter）として使用されているもの〕は、米国特許第4,70
4,989号に記載の水分吸収性クレーから製造されてい
る。該特許においては、微細クレー（clay fines）がリ
グニン又はリグノゾル（lignosol）の水溶液とブレンド
され、本混合物が、ピンタイプのプロセッサーの作用に
より、部分乾燥された多面の嵩高凝集体に転化される。
米国特許第4,343,751号においては、微細クレー（単
独であっても、フライアッシュと混合しても）、ペーパ
ースラッジ、おがくず、及び落花生の殻などが粒子に凝
集されている。
米国特許第4,591,581号は、水中にてコロイド特性を
有する水分散性添加剤と微細クレーから水分吸収性粒子
を製造する方法を開示している。
米国特許第4,258,660号では、動物用寝わらに使用す
るための水分吸収性ペレットが、ベントナイトクレーバ
インダーと微粉砕したわらから製造されている。
米国特許第4,222,981号には、クレの水性分散液を脱
水して、クレーを粒子に凝集させる方法が開示されてい
る。疎水性の有機ブリッジング液体（organic bridging
liquid）と、クレー粒子から水を追い出すのに有効な
液体コンディショナーが、クレーの水性分散液に加えら
れる。撹拌を行ってクレー粒子を凝集させ、これを水か
ら分離して乾燥する。
米国特許第3,935,363号においては、凝集したクレー
鉱物塊が水分吸収性物品に使用されている。
こうした用途に動物用寝わらとして使用される水分吸
収性粒子は、砕けたり壊れたりすることなく水性液体を
吸収できなければならず、湿潤時でも乾燥時でも壊れる
ことなく圧力に耐えなければならず、そしてまた動物の
毛皮に粘着するほどべとつくようになってはならない。
水分吸収性粒子の全体としての性能（特に、より多量の
水を吸収する能力）を改良すべく、現在も検討が続けら
れている。
発明の要約 本発明は、ベントナイトクレーと架橋した有機ハイド
ロコロイドとのブレンド物から製造される水分吸収性粒
子に関する。ある１つの態様においては、本発明は、円
筒状ペレットの形の水分吸収性粒子に関する。他の態様
においては、本発明は、圧力押出法によって水分吸収性
粒子を形成する方法に関する。
本発明の水分吸収性粒子は、水に不溶ではあるが、水
を吸収することのできる水膨潤性の固体有機ポリマーハ
イドロコロイドとベントナイトクレーとのブレンド物か
ら製造され、このブレンド物を圧縮してペレットとす
る。本ブレンド物は、約0.5〜約15重量％のハイドロコ
ロイドと約85〜約99.5重量％のベントナイトクレーを含
有し、このとき前記重量％は、ハイドロコロイドとクレ
ーの合計重量を基準としている。ペレット化工程の前
に、ハイドロコロイドの重量を基準として約５〜約50重
量％の量の水が加えられる。このブレンド物に、ハイド
ロコロイドの重量を基準しとして非晶質シリカを約0.1
〜約５重量％加えると、ペレット化工程をより速やかに
行えるようになる。
本発明の組成物は、水や種々の水性組成物に対する吸
収剤として広く使用することができる。ある１つの特定
の用途としては、動物用寝わら（例えば、キャットボッ
クスにおける子猫用寝わら）がある。その他の用途とし
ては、水性流出液の吸収剤、湿った環境における湿気吸
収剤、産業用機械類の包装における乾燥剤、電線管の中
及び周囲における湿気バリヤー、流出液による汚染を防
止するための貯蔵タンク周囲のバリヤー、及び土壌調節
剤などがある。
発明の説明 本発明において有用なクレーは、通常ベントナイトク
レーと呼ばれ、ワイオミング州フォートベントンの近く
で最初に発見された。このクレーは強いコロイド特性を
示し、水と接触させると、膨潤によってその体積が数倍
に増大してチキソトロープ性ゼラチン状物質となる。ワ
イオミングで発見されたこの特定のクレーは火山灰の風
化作用により生じたもので、大部分がモンモリロナイト
からなる。しかしながら、“ベントナイト”という用語
が一般化されており、上記の特性を表すいかなるクレー
もベントナイトと呼ばれている。ベントナイトクレーに
ついては、カーク−オスマー（Kirk−Othmer）の「“エ
ンサイクロペディア・オブ・ケミカルテクノロジー",第
２版,Vol.3,pp.339−358（1964）」（該文献を参照文献
としてここに引用する）に詳細に説明されている。
本発明において有用な架橋ハイドロコロイドは、水不
溶性ではあるが水膨潤性の固体ポリマーであり、自重の
何倍もの水もしくは水溶液を吸収することができる。こ
れらのハイドロコロイドは、水溶性のアクリルモノマー
もしくはビニルモノマー（又は加水分解すると水溶性に
なるモノマー）から得られるポリマーであり、多官能の
反応物で若干架橋させている。このような架橋ポリマー
としては、ポリビニルピロリドン、スルホン化ポリスチ
レン、ポリスルホエチルアクリレート、ポリ（２−ヒド
ロキシエチルアクリレート）、ポリアクリルアミド、ポ
リアクリル酸、ポリメタクリル酸、及びこれらポリマー
酸の部分アルカリ金属塩と完全アルカリ金属塩などがあ
る。さらに、スターチ変性ポリアクリル酸、加水分解ポ
リアクリロニトリル、加水分解ポリアルキルアクリレー
ト、加水分解ポリアクリルアミド、及びこれらポリマー
のアルカリ金属塩なども、有用なハイドロコロイドとし
て含まれる。
有用なハイドロコロイドは、多官能モノマー（例えば
N,N−アルキレン−ビス−アクリルアミド）を架橋剤と
して使用して、アクリル酸とスターチを水性媒体中で重
合させることによって製造することができる。この方法
は、米国特許第4,076,663号に詳細に説明されている。
ハイドロコロイドはさらに、米国特許第4,340,706号に
記載の方法によっても造ることができ、該方法では、ア
クリル酸の逆エマルジョン重合させた後、多官能成分
（例えばエピクロロヒドリン）を使用して架橋させる。
米国特許第3,669,103;3,670,731;4,295,987;4,587,308;
及び4,654,039号には、他の有用なハイドロコロイドと
それらの製造法が開示されている。上記すべての特許を
参照文献としてここに引用する。
好ましいハイドロコロイドは、ポリアクリル酸をベー
スとしたものであり、約0.01〜約４重量％の多官能架橋
剤で架橋されていて、アルカリ金属水酸化物により約5.
5〜約6.5のpHになるよう部分中和されている。特に好ま
しいハイドロコロイドは、約３〜約10重量％のスターチ
をポリアクリル酸構造中にグラフトした形で含有してい
るハイドロコロイドである。
本発明の水分吸収性組成物は、ベントナイトクレーと
粒状ハイドロコロイドとを少量の水と共にブレンドし、
次いでこのブレンド物を圧縮・押出してペレットを形成
させる。ベントナイトクレーとハイドロコロイドは、約
85〜約99.5重量％のクレーの対約15〜約約0.5重量％の
ハイドロコロイド、という量比にてブレンドされ、この
とき前記重量％はこれら２つの成分の合計重量を基準と
している。好ましい量は、約90〜99重量％のベントナイ
トクレー対約１〜約10重量％のハイドロコロイド、とい
う量である。ブレンド物に加えられる水の量は、クレー
とハイドロコロイドの総重量を基準として約５〜約50重
量％であり、好ましくは約10〜約40重量％である。
このブレンド組成物が、従来のペレット化装置におけ
る圧縮・押出によって円筒形状のペレットに形成され
る。ペレットのサイズは、直径が約0.254〜約0.762セン
チ（約0.1〜約0.3インチ）であり、長さが約0.254〜約
2.54センチ（約0.1〜約１インチ）である。好ましい長
さは約0.635〜約1.905センチ（約0.25〜約0.75インチ）
である。
ペレット化工程の後、ペレットを室温であるいは最高
約40℃までの温度に加熱することによって乾燥して、そ
の水分が約５〜約12重量％となるようにする。次いでペ
レットを包装して出荷できるようにする。
本発明のペレットは、ベントナイトクレー単独で造ら
れたペレットより７倍多い水分を吸収する。本発明のペ
レットはさらに、水分にさらされる前と水分にさらされ
た後において、加圧下でその一体性を保持する。ペレッ
トの表面は非粘着性であり、最大量の水分が吸収されて
も非粘着性のままである。このペレットを粉砕して、約
0.05インチ〜約0.125インチの粒子サイズのより小さな
粒子にすると、動物用寝わらとして使用することがで
き、このとき圧力や水分への暴露に耐える能力は保持さ
れ、崩壊したりべとついたりすることはない。
ベントナイトクレーとハイドロコロイドとのブレンド
物に少量の非晶質シリカを加えると、ペレット化の速度
をほぼ２倍にすることができる。微粉形態にて存在する
いかなる非晶質シリカも、本発明の方法において使用す
ることができる。このようなシリカ（すなわち、シリカ
ゲル、沈降シリカ、及び熱分解法シリカ）については、
カーク−オスマーの「“エンサイクロペディア・オブ・
ケミカルテクノロジー",第２版,Vol.18.pp.61−72（196
9）」（本文献を参照文献としてここに引用する）に詳
細に説明されている。加えるシリカの量は約0.1〜約５
重量％、好ましくは約１〜約２重量％であり、このとき
前記重量％は、ブレンド物中のハイドロコロイドの重量
を基準としている。
チョップトファイバー（例えばガラス、ナイロン、ポ
リエステル、レイヨン及びコットン等）；親水性液体
（例えば、200〜1000の分子量を有するポリエチレング
リコール等のポリアルキレングリコール）；増量剤；顔
料；及び染料などの他の種々の物質を、ベントナイトク
レー及びハイドロコロイドと混合することができる。一
般には、これらの物質は、ブレンド物の総重量を基準と
して５重量％未満の量にて加えられる。
以上説明してきたように、本発明の円筒状ペレットは
圧力・押出法によって造ることができ、このときベント
ナイトクレーとハイドロコロイドのブレンド物が圧縮さ
れ、オリフィスを介して押し出される。これらの円筒状
ペレットは、水分に対する暴露前後において構造上の一
体性を有する。これらのペレットは、砕けることなくか
なりの圧力に耐えることができ、また崩壊することなく
相当量の水を吸収することができる。ベントナイトクレ
ーとハイドロコロイドのブレンド物を、凝集化プロセス
（例えば、ピンタイプのプロセッサー又は回転ドラムを
使用した方法）により粒子に形成させると、このような
粒子は構造上の一体性をもたない。凝集化プロセスは、
圧縮と押出を含まないサイズ拡大プロセスである。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明す
る。特に明記しないかぎり、部とパーセントは重量基準
である。
実施例Ａ 以下の実施例で使用しているハイドロコロイドは、米
国特許第4,076,663号に記載の方法によって製造した、
スターチをグラフトさせたポリアクリル酸ナトリウムで
ある。これらのハイドロコロイドはヘキスト・セラニー
ズ社によって製造されており、IM−1000,IM−1500,及び
IM−5600等の表示記号を使用したサンウェット（Sanwe
t）の商標にて販売されている。これらのハイドロコロ
イドは以下のような特性を有する。
実施例１ 90部のベントナイトクレーと10部のIM−1500Fとのブ
レンド物を作製した。水（２部）をブレンド物に噴霧
し、充分に混合した。モデルCLラボラトリー・ペレット
・ミル（カルファルニア・ペレット・ミル社）を使用し
て、このブレンド物からペレットを作製した。得られた
ペレットを圧縮し、直径1/4インチのダイから押し出
し、0.5インチの長さに切断し、そして室温で乾燥し
た。
こうして得られたペレットは、30分でペレット1g当た
り0.8gの脱イオン水を吸収した。塩水（0.9％塩水）中
では、1gのペレットは１分で0.6gの塩水を吸収し、30分
で0.7gの塩水を吸収した。ペレットはその一体性を保持
し、崩壊することはなかった。またペレットの表面は非
粘着性のままであった。
実施例２ 実施例１に記載の手順にしたがって、さらなるペレッ
トを作製し、評価した。組成に関するデータと試験結果
を表1Aと表1Bに示す。表1Aにおけるハイドロコロイドの
パーセントは、クレーとハイドロコロイドの合計重量を
基準としている。水のパーセントは、ハイドロコロイド
の重量を基準としている。直径は、0.5インチの長さに
切断されたペレットの直径を表している。表1Bにおいて
は、“g/g"は、ペレットの1g当たり吸収された水分のグ
ラム数を表している。ペレットの一体性は、以下のよう
に１〜５の段階に基づいて等級付けられる。
実施例３ 前記実施例に記載の手順にしたがって、さらなるペレ
ットを作製し、試験した。組成に関するデータと試験結
果を表2Aと表2Bに示す。
実施例４ 前記実施例に記載の手順にしたがって、さらなるペレ
ットを作製し、試験した。組成に関するデータ、プロセ
ス条件、及び試験結果を表3Aと表3Bに示す。
以上、本発明の原理、好ましい実施態様、及び実施方
法について説明してきた。しかしながら、本明細書にて
保護しようとする本発明は、開示した特定の態様に限定
されるわけではない。なぜなら、これらの態様は、限定
のためのものではなく例証のためのものだからである。
当業者にとっては、本発明の精神を逸脱することなく、
種々の変形や改良形が可能である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−222536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−185447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−55044（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 20/26 B01J 20/12

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）水に不溶ではあるが水を吸収するこ
    とのできる、約0.5〜約15重量％の水膨潤性固体有機ポ
    リマーハイロドコロイドと（ｂ）約85〜約99.5重量％の
    ベントナイトクレーとのブレンド物を含んだ水分吸収性
    組成物であって、これら重量％が（ａ）と（ｂ）の合計
    重量を基準としており、（ａ）と（ｂ）が圧縮されてペ
    レットとされ、水分に対する暴露前後において一体性を
    有し且つ非粘着性である水分吸収性組成物。
  2. 【請求項２】前記ハイロドコロイドが、アクリル酸の架
    橋ポリマー、スターチとアクリル酸の架橋グラフトポリ
    マー、及びアルカリ金属水酸化物で部分中和されたアク
    リル酸の架橋ポリマーから成る群から選択される、請求
    項１記載の組成物。
  3. 【請求項３】前記ハイロドコロイドの重量を基準として
    約0.1〜約１重量％の非晶質シリカを含有している、請
    求項１記載の組成物。
  4. 【請求項４】形状が円筒状であって、約0.254〜約2.54
    センチの長さと約0.254〜約0.762センチの直径を有す
    る、請求項１記載の組成物。
  5. 【請求項５】水分に対する暴露前後において一体性を有
    し且つ非粘着性である。水分吸収性ペレットを作製する
    方法であって、 （Ａ）（１）水に不溶であるが水を吸収することのでき
    る、（１）及び以下の（２）の合計重量を基準として約
    0.5〜約15重量％の水膨潤性固体有機ポリマーハイロド
    コロイド； （２）（１）及び（２）の合計重量を基準として約85〜
    約99.5重量％のベントナイトクレー；及び （３）（１）の重量を基準として約５〜約50重量％の
    水； をブレンドする工程； （Ｂ）前記ブレンド物を圧縮し、オリフィスを介して押
    し出して、円筒形状のペレットを形成させる工程；及び （Ｃ）前記ペレットを乾燥する工程； を含む方法。
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