CN111542553A - 吸水性树脂 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于,提供受限的吸收面积下的吸收特性优异的吸水性树脂。该吸水性树脂是由水溶性烯键式不饱和单体的聚合物构成的,生理盐水吸水速度为5~30秒且表示在1.96kPa载荷下78.5mm2的局部面积的生理盐水吸水能力的载荷下扩散吸收倍率为10g/g以上的吸水性树脂在受限的吸收面积下的吸收特性优异。
Description
技术领域
本发明涉及吸水性树脂。更详细而言,本发明涉及通过具有适度的生理盐水吸水速度和局部面积的载荷下的生理盐水吸水能力而适合用于人或动物所使用的卫生用品、特别是轻失禁垫、卫生护垫(日语:おりものシート)及宠物用尿吸收用品等的吸水性树脂。
背景技术
吸水性树脂被广泛用于各种领域的材料(吸收性材料)、例如纸尿布及生理用品等卫生用品中所使用的卫生材料、保水剂及土壤改良剂等中所使用的农业园艺材料、以及止水剂及防结露剂等中所使用的工业材料等中。
作为这种吸水性树脂,适合使用丙烯酸部分中和物聚合物的交联物。丙烯酸部分中和物聚合物的交联物不仅吸水性能优异,而且作为其原料的丙烯酸在工业上容易获得,因此能够稳定且廉价地制造品质稳定的树脂,并且树脂在化学上稳定,因此不易发生劣化等,从这些方面考虑,丙烯酸部分中和物聚合物的交联物是在工业上也优异的材料。
在上述吸收性材料中,用于纸尿布及生理用品等卫生用品的卫生材料在内部配置有主要由纸浆等亲水性纤维和吸水性树脂构成的吸收体。由于对于较多量的体液等防止漏液的需求,用于这些卫生用品的吸水性树脂被改良为具有吸水速度更优异的特性的类型。
为了提高吸水性树脂的吸水速度,例如专利文献1公开了一种吸水性树脂颗粒的制造方法,其特征在于,其为使水溶性烯键式不饱和单体聚合而制造吸水性树脂的方法,其中,在作为内部交联剂的多元缩水甘油基化合物存在下使用水溶性偶氮系自由基聚合引发剂进行聚合后,用后交联剂对得到的吸水性树脂进行后交联。另外,专利文献2中,为了优异的吸水速度且解决吸水后的臭气问题,提供一种制造吸水性树脂颗粒的方法,其依次具备第一聚合工序和第二聚合工序,所述第一聚合工序包括:在含有包含烃分散介质的油性液、包含水性溶剂和水溶性烯键式不饱和单体和自由基聚合引发剂的第一水性液、以及HLB为6以上的表面活性剂、并且上述第一水性液分散在上述油性液的悬浮液中,使上述水溶性烯键式不饱和单体聚合而得到包含含水凝胶状聚合物的悬浮液;所述第二聚合工序包括:在将45℃以上的上述包含含水凝胶状聚合物的悬浮液与包含水性溶剂、水溶性烯键式不饱和单体及自由基聚合引发剂的第二水性液混合、从而进一步分散上述第二水性液而成的悬浮液中,使上述水溶性烯键式不饱和单体聚合。
另一方面,卫生用品根据市场需求而多样化,例如轻失禁垫、卫生护垫、宠物用尿吸收用品等小型卫生用品大多也已经商品化。这些小型卫生用品中所使用的卫生材料也在内部配置有主要由纸浆等亲水性纤维和吸水性树脂构成的吸收体,沿用了纸尿布及生理用品等中所使用的卫生材料。从设计性、便携性及流通效率性等观点出发,对这些小型卫生用品、尤其是轻失禁垫及卫生护垫的薄型化、轻质化等的需求进一步提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-176570号公报
专利文献2:国际公开第2013/018571号
发明内容
发明所要解决的技术问题
用于轻失禁垫、卫生护垫及宠物用尿吸收用品等小型卫生用品的卫生材料不得不在卫生用品的设计方面缩小体液的吸收面积。即,有吸收面积受到限制的特征。具有这种特征的卫生材料在响应薄型化、轻质化的需求时,需要在有限的吸收面积中具有优异的吸收特性。但是,以往的用于小型卫生用品的卫生材料并未对这种吸收特性进行研究。
例如,专利文献1记载的制造方法实际上使用HLB为3.0的蔗糖脂肪酸酯作为表面活性剂,达成了载荷下的高吸水能力和45~50秒的吸水速度。但是,若考虑到用于小型卫生用品,则这种吸水性树脂由于吸收面积过大等方面而容易产生漏液,不满足吸水特性。
另外,专利文献2记载的制造方法实际上使用过硫酸钾作为聚合引发剂达成了2~4秒的吸水速度。但是,若考虑到用于小型卫生用品,则这种吸水性树脂由于载荷下的吸水能力低、第2次(再吸收)的渗透速度会变慢等方面而容易发生漏液,不满足吸收特性。
因此,本发明的目的在于,提供一种受限的吸收面积下的吸收特性(以下有时记载为局部吸收特性)优异的吸水性树脂。
用于解决问题的技术方案
本发明人等进行了深入研究,结果发现,由水溶性烯键式不饱和单体的聚合物构成的、生理盐水吸水速度和局部面积下的载荷下的生理盐水吸水能力达到规定范围的吸水性树脂可以达到本发明的目的。基于该见解进一步反复进行了研究,从而完成了本发明。
即,本发明提供如下所述的发明。
项1.一种吸水性树脂,其特征在于,所述吸水性树脂为由水溶性烯键式不饱和单体的聚合物构成的吸水性树脂,生理盐水吸水速度为5~30秒,且载荷下扩散吸收倍率为10g/g以上,所述载荷下扩散吸收倍率表示在1.96kPa载荷下78.5mm2的局部面积的生理盐水吸水能力。
项2.根据项1所述的吸水性树脂,其中,生理盐水保水能力为35g/g以上。
项3.根据项1或2所述的吸水性树脂,其中,中位粒径为200~800μm。
项4.根据项1~3中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂具有选自颗粒状、大致球状、以及颗粒状和/或大致球状的颗粒的凝聚形状中的至少1种形状。
项5.根据项1~4中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂是通过反相悬浮聚合法得到的。
项6.一种吸收性物品,其特征在于,具备包含项1~5中任一项所述的吸水性树脂和亲水性纤维的吸收体。
发明效果
根据本发明,提供一种通过具有适度的生理盐水吸水速度和局部面积下的载荷下的生理盐水吸水能力、从而局部吸收特性优异的吸水性树脂。因此,在应用于轻失禁垫、卫生护垫及宠物用尿吸收用品等小型卫生用品时,在受限的吸收面积中发挥高渗透性,有效地抑制所吸收的液体发生扩散,可以降低漏液风险。
附图说明
图1为示意性说明用于测定吸水性树脂的载荷下扩散吸收倍率的装置的部分切除截面图。
图2为说明图1所示的测定装置的构成的部分分解图。
具体实施方式
1.吸水性树脂
本发明的吸水性树脂的特征在于,其为由水溶性烯键式不饱和单体的聚合物构成的吸水性树脂,生理盐水吸水速度为5~30秒,载荷下扩散吸收倍率为10g/g以上。以下详细说明本发明的吸水性树脂。
生理盐水吸水速度
本发明的吸水性树脂的生理盐水吸水速度为5~30秒。在生理盐水吸水速度低于5秒时及超过30秒时局部吸收特性均会变差。
生理盐水吸水速度过快时,例如容易发生凝胶阻隔现象、即在吸收体的表面附近形成柔软的凝胶层而妨碍液体向吸收体内部的渗透,从而液体停留在吸收体的表层部而容易发生漏液。该凝胶阻隔现象在载荷下表现得更显著,因此载荷下的局部吸收特性会变得特别差。另外,生理盐水吸水速度过快时,容易发生回渗,即所吸收的液体由于在吸收后承受载荷而容易从吸收体的吸收面漏出的情况。在载荷下该回渗也会表现得更显著,因此,载荷下的局部吸收特性会变得特别差。从更有效地抑制这种现象、更良好地得到局部吸收特性的观点出发,作为生理盐水吸水速度,可举出5秒以上、优选8秒以上、更优选10秒以上、进一步优选12秒以上。
另外,生理盐水吸水速度过慢时,例如在吸收时液体容易扩散,从而吸收面积变大,变得容易从吸收性物品的端部发生漏液。从更有效地抑制吸收时的液体扩散等、更良好地得到局部吸收特性的观点出发,作为生理盐水吸水速度,可举出30秒以下、优选25秒以下、更优选20秒以下、进一步优选19秒以下、更进一步优选16秒以下、更进一步优选14秒以下。
作为本发明的吸水性树脂的生理盐水吸水速度的具体范围,可举出5~25秒、5~20秒、5~19秒、5~16秒、5~14秒、8~25秒、8~20秒、8~19秒、8~16秒、8~14秒、10~25秒、10~20秒、10~19秒、10~16秒、10~14秒、12~25秒、12~20秒、12~19秒、12~16秒、12~14秒。
本发明中的生理盐水吸水速度为通过后述的实施例中记载的方法测定的值。
载荷下扩散吸收倍率
本发明的吸水性树脂的载荷下扩散吸收倍率为10g/g以上。本发明中的载荷下扩散吸收倍率为表示在1.96kPa载荷下78.5mm2的局部面积的生理盐水吸水能力的值。更具体而言,为通过后述实施例中记载的方法测定的值。
载荷下扩散吸收倍率低于10g/g时,容易产生液体停留在吸收体的表层部而容易从吸收性物品的端部发生漏液、容易发生回渗或再吸收能力变差等问题,局部吸收特性变差。从更良好地得到局部吸收特性的观点出发,作为载荷下扩散吸收倍率,可举出优选14g/g以上、更优选15g/g以上、进一步优选16g/g以上。从得到优异的局部吸收特性的观点出发,载荷下扩散吸收倍率的范围的上限可举出例如40g/g以下、优选30g/g以下、更优选20g/g以下。
作为本发明的吸水性树脂的载荷下扩散吸收倍率的具体范围,可举出10~40g/g、10~30g/g、10~20g/g、14~40g/g、14~30g/g、14~20g/g、15~40g/g、15~30g/g、15~20g/g、16~40g/g、16~30g/g、16~20g/g。
生理盐水保水能力
本发明的吸水性树脂在生理盐水保水能力(g/g)为35g/g以上时特别有用。通常若吸水性树脂的保水能力大,则有渗透速度变得缓慢、局部吸收特性差的倾向,但是本发明的吸水性树脂在具有生理盐水保水能力为35g/g以上这样的高保水能力时,也可以发挥优异的局部吸收特性。
作为吸水性树脂的生理盐水保水能力(g/g),在用于吸收体的情况下,从得到更高的保水能力的观点出发,可举出优选36g/g以上、更优选38g/g以上。从得到优异的局部吸收特性的观点出发,生理盐水保水能力(g/g)的范围的上限可举出例如70g/g以下、优选60g/g以下、更优选50g/g以下、进一步优选45g/g以下。
作为本发明的吸水性树脂的生理盐水保水能力的具体范围,可举出36~70g/g、36~60g/g、36~50g/g、36~45g/g、38~70g/g、38~60g/g、38~50g/g、38~45g/g。
本发明中的生理盐水保水能力为通过后述实施例中记载的方法测定的值。
中位粒径
关于本发明的吸水性树脂的中位粒径,在用于吸收体的情况下,从得到优异的局部吸收特性的观点出发,作为下限,可举出例如200μm以上、优选300μm以上、更优选350μm以上、进一步优选400μm以上、进一步优选420μm以上,作为上限,可举出例如800μm以下、优选600μm以下、更优选500μ以下、进一步优选470μm以下、进一步优选430μm以下。作为本发明的吸水性树脂的生理盐水保水能力的具体范围,可举出200~800μm、200~600μm、200~500μm、200~470μm、200~430μm、300~800μm、300~600μm、300~500μm、300~470μm、300~430μm、350~800μm、350~600μm、350~500μm、350~470μm、350~430μm、400~800μm、400~600μm、400~500μm、400~470μm、400~430μm、420~800μm、420~600μm、420~500μm、420~470μm、420~430μm。
本发明中的中位粒径为通过后述实施例中记载的方法测定的值。
形状
作为本发明的吸水性树脂的形状,可举出例如颗粒状、大致球状、颗粒状或大致球状的树脂凝聚而成的形状、不定形破碎状、不定形破碎状的树脂凝聚而成的形状、板状等。
在本发明中,从得到优异的局部吸收特性的观点出发,吸水性树脂的形状可举出颗粒状。更具体而言,可举出选自颗粒状、球状及椭圆球状等大致球状的单粒形状;以及颗粒状和/或大致球状的颗粒凝聚而成的形状中的至少一种。这些形状的吸水性树脂可以通过反相悬浮聚合法或喷雾液滴聚合法来制造。这些形状中,优选颗粒状。通过将聚合工序中使用的表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)值设为优选6以上、更优选7以上、进一步优选8以上、进一步优选8.5以上,容易得到颗粒状的吸水性树脂。
除了上述以外,作为本发明的吸水性树脂的形状,还可举出选自不定形破碎状、及不定形破碎状的颗粒凝聚而成的形状中的至少一种。这些形状的吸水性树脂例如可以通过水溶液聚合法来制造。
局部吸收特性
本发明的吸水性树脂至少具有上述规定的生理盐水吸水速度及规定的载荷下扩散吸收倍率,因此在应用于吸收性物品时成为受限的吸收面积下的吸收特性、即局部吸收特性优异的吸水性树脂。
作为通过本发明而发挥的局部吸收特性,可举出初始吸收后及再吸收后的扩散面积相对于吸收性物品均小、并且相对于吸收性物品的初始渗透速度良好且再吸收后的渗透速度的维持性也良好(初始渗透速度与再吸收后的渗透速度之差小),且吸收后的液体相对于吸收性物品的回渗少。
2.吸收性物品
本发明的吸收性物品具备吸收体作为吸收性材料,所述吸收体包含上述吸水性树脂和亲水性纤维。
作为亲水性纤维,可举出棉状纸浆、化学纸浆等纤维素纤维、人造丝、醋酸纤维素等人造纤维素纤维等。吸收体可以还含有作为增强剂的由聚酰胺、聚酯、聚烯烃等合成树脂构成的合成纤维。吸收体的结构没有特别限定,可举出例如:将吸水性树脂和亲水性纤维均匀地混合而成的混合结构、在多层亲水性纤维之间保持有吸水性树脂的夹心结构、将吸水性树脂和亲水性纤维用无纺布等透水性片包裹而成的结构等。
在吸收体中,可以以与上述吸水性树脂混合的方式包含与目的相应的添加剂。作为这种添加剂,可举出无机粉末、金属螯合剂、抗氧化剂、抗菌剂、消臭剂等。
作为吸收性物品,优选举出卫生用品。卫生用品包含吸收体、和按照夹持吸收体的方式层叠的液体透过性片及液体不透过性片而构成。
液体透过性片被配置在与排出液体的对象相接触的那一侧,液体不透过性片被配置在与接触该对象的一侧相反的一侧。作为液体透过性片,可举出例如由聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺等合成树脂形成的无纺布、多孔的合成树脂片等。作为液体不透过性片,可举出例如由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等合成树脂形成的片、由这些合成树脂与无纺布的复合材料形成的片等。
作为卫生用品的具体例,由于上述吸水性树脂的局部吸收特性优异,因此优选举出轻失禁垫、卫生护垫、及宠物用尿吸收用品等比较小型的卫生用品。其中,更优选举出轻失禁垫及卫生护垫等更为小型的卫生用品。
3.吸水性树脂的制造方法
本发明的吸水性树脂可以通过使水溶性烯键式不饱和单体聚合来制造。
作为水溶性烯键式不饱和单体的聚合方法,可举出作为代表性聚合法的水溶液聚合法、喷雾液滴聚合法、乳液聚合法、反相悬浮聚合法等。水溶液聚合法通过一边根据需要搅拌水溶性烯键式不饱和单体水溶液一边进行加热来进行聚合。反相悬浮聚合法通过在烃分散介质中在搅拌下加热水溶性烯键式不饱和单体来进行聚合。这些中,从更精密地控制本发明的吸水性树脂的生理盐水吸水速度及载荷下扩散吸收倍率的观点出发而优选举出水溶液聚合法及反相悬浮聚合法,更优选举出反相悬浮聚合法。
以下进一步详细说明作为本发明的吸水性树脂的制造方法的优选例子的反相悬浮聚合法。
反相悬浮聚合法包括如下工序:聚合工序,在烃分散介质中在自由基聚合引发剂的存在下进行水溶性烯键式不饱和单体的聚合反应而得到含水凝胶状物;和后交联工序,在后交联剂的存在下对含水凝胶状物进行后交联。
(聚合工序)
聚合工序中,在烃分散介质中在自由基聚合引发剂的存在下进行水溶性烯键式不饱和单体的聚合反应,得到含水凝胶状物。
[水溶性烯键式不饱和单体]
作为水溶性烯键式不饱和单体,可举出例如(甲基)丙烯酸(在本说明书中,将“丙烯酸”以及“甲基丙烯酸”合并记作“(甲基)丙烯酸”,以下相同)及其盐;2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及其盐;(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯等非离子性单体;(甲基)丙烯酸N,N-二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙基氨基丙酯、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺等含氨基的不饱和单体及其季铵化物等。这些水溶性烯键式不饱和单体中,从工业上容易获得等观点出发,优选(甲基)丙烯酸或其盐、(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺,更优选(甲基)丙烯酸及其盐。需要说明的是,这些水溶性烯键式不饱和单体可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
这些中,丙烯酸及其盐已被广泛用作吸水性树脂的原料,有时也使上述其他水溶性烯键式不饱和单体与这些丙烯酸和/或其盐共聚而使用。在该情况下,丙烯酸和/或其盐作为主要的水溶性烯键式不饱和单体,相对于水溶性烯键式不饱和单体的总量优选使用70~100mol%。
聚合工序中,水溶性烯键式不饱和单体优选以水溶液的状态来准备且被分散在烃分散介质中。通过以水溶液的状态使用水溶性烯键式不饱和单体,可以使在烃分散介质中的分散效率提高。作为该水溶液中的水溶性烯键式不饱和单体的浓度,优选20质量%~饱和浓度以下的范围。另外,作为水溶性烯键式不饱和单体的浓度,更优选20质量%~55质量%,进一步优选28质量%~50质量%,更进一步优选30质量%~45质量%。
在水溶性烯键式不饱和单体如(甲基)丙烯酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等那样具有酸基时,可以使用根据需要预先用碱性中和剂中和了该酸基的物质。作为这样的碱性中和剂,可举出氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾等碱金属盐;氨等。另外,为了使中和操作简便,这些碱性中和剂可以制成水溶液的状态使用。需要说明的是,上述碱性中和剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
作为利用碱性中和剂而得的水溶性烯键式不饱和单体的中和度,以相对于水溶性烯键式不饱和单体所具有的全部酸基的中和度计,优选10~100摩尔%,更优选30~90摩尔%,进一步优选40~85摩尔%,更进一步优选50~80摩尔%。
[自由基聚合引发剂]
作为该聚合工序中使用的自由基聚合引发剂,可举出例如过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等过硫酸盐类;过氧化甲乙酮、过氧化甲基异丁基酮、二叔丁基过氧化物、叔丁基枯基过氧化物、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧新戊酸叔丁酯、过氧化氢等过氧化物类;以及2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2'-偶氮双[2-(N-苯基脒基)丙烷]二盐酸盐、2,2'-偶氮双[2-(N-烯丙基脒基)丙烷]二盐酸盐、2,2'-偶氮双{2-[1-(2-羟乙基)-2-咪唑啉-2-基]丙烷}二盐酸盐、2,2'-偶氮双{2-甲基-N-[1,1-双(羟甲基)-2-羟乙基]丙酰胺}、2,2'-偶氮双[2-甲基-N-(2-羟乙基)-丙酰胺]、2,2’-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物、4,4’-偶氮双(4-氰基戊酸)等偶氮化合物等。这些自由基聚合引发剂中,从容易获得且容易处理的观点出发,优选使用过硫酸盐类及偶氮化合物,进而,从更优选地得到所得到的吸水性树脂的局部吸收特性的观点出发,更优选使用偶氮系化合物,偶氮系化合物中,更优选使用2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2’-偶氮双{2-[1-(2-羟乙基)-2-咪唑啉-2-基]丙烷}二盐酸盐、2,2’-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物。
上述自由基聚合引发剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
另外,上述自由基聚合引发剂也可以与亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁及L-抗坏血酸等还原剂组合使用,从而作为氧化-还原聚合引发剂来使用。
作为自由基聚合引发剂的使用量,可举出例如相对于水溶性烯键式不饱和单体1摩尔为0.00005~0.01摩尔、优选0.0001~0.01摩尔、更优选0.0003~0.01摩尔。通过满足这种使用量,可以避免发生剧烈的聚合反应且在合适的时间内完成聚合反应。
[内部交联剂]
也可以为下述方式:在聚合工序中,根据需要使反应液中共存有内部交联剂,从而利用内部交联剂使聚合工序中得到的凝胶状物交联。
作为内部交联剂,只要是可以使所使用的水溶性烯键式不饱和单体的聚合物交联的交联剂即可,可举出例如(聚)乙二醇[所谓的“(聚)”表示有和没有“聚”这一前缀的情况。以下相同]、(聚)丙二醇、1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、(聚)甘油等二醇;三醇等多元醇与(甲基)丙烯酸、马来酸、富马酸等不饱和酸反应而得到的不饱和聚酯类;N,N-亚甲基双丙烯酰胺等双丙烯酰胺类;聚环氧化物与(甲基)丙烯酸反应得到的二(甲基)丙烯酸酯类或三(甲基)丙烯酸酯类;通过使甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等多异氰酸酯与(甲基)丙烯酸羟基乙酯反应得到的二(甲基)丙烯酸氨基甲酸酯类;烯丙基化淀粉、烯丙基化纤维素、邻苯二甲酸二烯丙酯、N,N',N”-三烯丙基异氰脲酸酯、二乙烯基苯等具有2个以上聚合性不饱和基团的化合物;(聚)乙二醇二缩水甘油醚、(聚)丙二醇二缩水甘油醚、(聚)甘油二缩水甘油醚等二缩水甘油基化合物、三缩水甘油基化合物等多缩水甘油基化合物;表氯醇、表溴醇、α-甲基表氯醇等表卤醇化合物;2,4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等异氰酸酯化合物等具有2个以上反应性官能团的化合物;3-甲基-3-氧杂环丁烷甲醇、3-乙基-3-氧杂环丁烷甲醇、3-丁基-3-氧杂环丁烷甲醇、3-甲基-3-氧杂环丁烷乙醇、3-乙基-3-氧杂环丁烷乙醇、3-丁基-3-氧杂环丁烷乙醇等氧杂环丁烷化合物等。这些内部交联剂中,优选使用多缩水甘油基化合物,更优选使用二缩水甘油基醚化合物,优选使用(聚)乙二醇二缩水甘油醚、(聚)丙二醇二缩水甘油醚、(聚)甘油二缩水甘油醚。这些内部交联剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
作为内部交联剂的使用量,相对于水溶性烯键式不饱和单体1摩尔,优选0.000001~0.02摩尔,更优选0.000003~0.01摩尔,进一步优选0.000005~0.005摩尔,更进一步优选0.000005~0.00001摩尔。
[烃分散介质]
作为烃分散介质,可举出例如:正己烷、正庚烷、2-甲基己烷、3-甲基己烷、2,3-二甲基戊烷、3-乙基戊烷、正辛烷等碳原子数6~8的脂肪族烃;环己烷、甲基环己烷、环戊烷、甲基环戊烷、反式-1,2-二甲基环戊烷、顺式-1,3-二甲基环戊烷、反式-1,3-二甲基环戊烷等脂环族烃;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃等。这些烃分散介质中,特别是从工业上容易获得、品质稳定且廉价的观点出发,适合使用正己烷、正庚烷、环己烷,更适合使用正庚烷。这些烃分散介质可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。需要说明的是,即使使用作为烃分散介质的混合物的例子的EXXSOLHeptane(埃克森美孚公司制,含有75~85质量%的庚烷及其异构体烃)等市售品,也可以得到合适的结果。
作为烃分散介质的使用量,从均匀分散水溶性烯键式不饱和单体、容易控制聚合温度的观点出发,相对于第一阶段的水溶性烯键式不饱和单体100质量份,优选100~1500质量份,更优选200~1400质量份。需要说明的是,如后所述,反相悬浮聚合以1阶段(单阶段)或2阶段以上的多阶段的形式进行,上述第一阶段聚合是指单阶段聚合或多阶段聚合中的第一阶段聚合反应(以下也相同)。
[分散稳定剂]
聚合工序中,可以为了提高水溶性烯键式不饱和单体在烃分散介质中的分散稳定性而使用分散稳定剂。作为分散稳定剂,可举出表面活性剂及高分子系分散剂。
作为表面活性剂,可以使用例如蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯氢化蓖麻油、烷基烯丙基甲醛缩合聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯聚氧丙基烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、烷基糖苷、N-烷基葡糖酰胺、聚氧乙烯脂肪酸酰胺、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基烯丙基醚的磷酸酯、聚氧乙烯烷基苯基醚的磷酸酯等。这些表面活性剂中,特别是从单体的分散稳定性的方面出发,优选使用聚甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚的磷酸酯。这些表面活性剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
关于表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)值,从更优选地得到所得到的吸水性树脂的局部吸收特性的观点出发,可举出优选6以上、更优选7以上、进一步优选8以上、更加优选8.5以上。作为HLB值的上限,没有特别限定,可举出优选16以下、更优选12以下。作为具体的HLB值的范围,可举出6~16、6~12、7~16、7~12、8~16、8~12、8.5~16、8.5~12。已知HLB值通常为表示表面活性剂对水及油的亲和性的值,例如可通过Griffin法等公知的计算法求出。
作为表面活性剂的使用量,相对于水溶性烯键式不饱和单体100质量份优选0.1~30质量份,更优选0.3~20质量份。
可以在上述表面活性剂中并用高分子系分散剂。作为高分子系分散剂,可举出例如马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯·丙烯共聚物、马来酸酐改性EPDM(乙烯-丙烯-二烯三元聚物)、马来酸酐改性聚丁二烯、马来酸酐·乙烯共聚物、马来酸酐·丙烯共聚物、马来酸酐·乙烯·丙烯共聚物、马来酸酐·丁二烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、乙烯·丙烯共聚物、氧化型聚乙烯、氧化型聚丙烯、氧化型乙烯·丙烯共聚物、乙烯·丙烯酸共聚物、乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素等。这些高分子系分散剂中,特别是从单体的分散稳定性的方面出发,优选使用马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯·丙烯共聚物、马来酸酐·乙烯共聚物、马来酸酐·丙烯共聚物、马来酸酐·乙烯·丙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、乙烯·丙烯共聚物、氧化型聚乙烯、氧化型聚丙烯、氧化型乙烯·丙烯共聚物。这些高分子系分散剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
作为高分子系分散剂的使用量,相对于水溶性烯键式不饱和单体100质量份优选0.1~30质量份,更优选0.3~20质量份。
[其他成分]
聚合工序中,可以根据期望向包含水溶性烯键式不饱和单体的水溶液中添加其他成分。作为其他成分,可举出增稠剂、发泡剂、链转移剂等各种添加剂。
作为增稠剂,可以使用例如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酸(部分)中和物、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、糊精、藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧乙烷等。通过添加增稠剂来调整水溶液粘度,能够控制反相悬浮聚合中得到的中位粒径。需要说明的是,在聚合时的搅拌速度相同的情况下,有水溶性烯键式不饱和单体水溶液的粘度越高则得到的颗粒的中位粒径越大的倾向。
作为发泡剂,可以使用例如碳酸钙、碳酸镁、碳酸二钠、碳酸二钾、碳酸二铵等碳酸盐、碳酸氢钠、碳酸氢钾等碳酸氢盐。通过添加发泡剂而使水溶液含有气泡,能够控制所得到的吸水性树脂的表面积。
[反应操作]
作为聚合工序中的具体的反应操作,可举出例如在分散稳定剂存在下使包含水溶性烯键式不饱和单体的单体水溶液分散于烃分散介质的方法。作为使包含水溶性烯键式不饱和单体的单体水溶液分散于烃分散介质的方法,可举出一次性添加包含水溶性烯键式不饱和单体的单体水溶液的方法、及通过滴加来添加包含水溶性烯键式不饱和单体的单体水溶液的方法。需要说明的是,在使用分散稳定剂的情况下,作为将分散稳定剂添加于烃分散介质的时机,只要在开始进行聚合反应之前即可,可以是在将单体水溶液添加于烃分散介质之前或之后中的任一者。
从更优选地得到所得到的吸水性树脂的局部吸水特性的观点出发,优选通过滴加来添加包含水溶性烯键式不饱和单体的单体水溶液的方法。
在通过滴加向烃分散介质中添加包含水溶性烯键式不饱和单体的单体水溶液时,滴加可以是连续的也可以是断断续续的。另外,滴加速度可以为恒定速度也可以有变化。从均匀地进行聚合反应、另外从容易控制粒径的观点出发,优选连续且以恒定速度进行滴加。
另外,关于向烃分散介质中连续滴加包含水溶性烯键式不饱和单体的单体水溶液的滴加时间,虽然也取决于后述的搅拌叶片的种类、搅拌速度或合成规模,但是优选5~30分钟,更优选5~20分钟,进一步优选6~15分钟,更优选9~15分钟。通过调整滴加时间,还可以得到局部吸收特性更加优异的吸水性树脂。例如,为了得到局部吸收特性更加优异的吸水性树脂,可将滴加时间在上述滴加时间范围内内设为更长时间。
聚合工序可以以1阶段或2阶段以上的多阶段来进行。需要说明的是,在通过滴加来添加单体水溶液时,可以通过在滴加操作之间夹入冷却、干燥、中间交联(可以进行与后述的中间交联工序同样的操作)或不进行滴加而保温等其它操作、和/或改变所滴加的单体的种类来区分各阶段。在一次性添加单体水溶液的情况下,对每次添加单体水溶液区分为第一阶段、第二阶段等各阶段。
在以2阶段以上的多阶段进行反相悬浮聚合时,在进行第一阶段反相悬浮聚合之后,向通过第一阶段聚合反应得到的反应混合物中添加水溶性烯键式不饱和单体并混合,以与第一阶段相同的方法进行第二阶段和后续阶段的反相悬浮聚合即可。在第二阶段和后续阶段的每一阶段中的反相悬浮聚合中,优选除了水溶性烯键式不饱和单体之外,以在第二阶段和后续阶段的每一阶段的反相悬浮聚合时添加的水溶性烯键式不饱和单体的量为基准,在各成分相对于上述水溶性烯键式不饱和单体的摩尔比的范围内添加自由基聚合引发剂而进行反相悬浮聚合。需要说明的是,在第二阶段和后续阶段的聚合中,也可以根据需要将内部交联剂添加到水溶性烯键式不饱和单体中。
作为聚合工序中的反应温度,从使聚合反应迅速进行而缩短聚合时间、从而提高经济性、并且容易除去聚合热而使反应顺利进行的观点出发,优选20~100℃,更优选40~90℃。
另外,在单体水溶液的搅拌操作中,可以使用公知的各种搅拌叶片进行。具体而言,作为搅拌叶片,可以使用例如螺旋桨叶片、桨叶片、锚固叶片、涡轮叶片、法武都拉式叶片(ファウドラー翼)、带状叶片、泛能式叶片(ShinkoPantec株式会社制造)、MaxBlend叶片(住友重机械工业株式会社制造)、Supermix叶片(佐竹化学机械工业株式会社制造)等。通过调整反相悬浮聚合时的搅拌速度、例如搅拌转速,可以控制聚合反应中得到的颗粒的中位粒径。
(中间交联工序)
反相悬浮聚合法中,在聚合工序后且后交联工序前可以进一步包含中间交联工序。中间交联工序可以为下述方式:向通过聚合反应而得到的反应混合物中混合中间交联剂并加热,从而使含水凝胶状物进行中间交联。
作为中间交联剂,可举出与上述内部交联剂同样的交联剂。作为中间交联剂的使用量,相对于用于聚合的水溶性烯键式不饱和单体的总量1摩尔优选0.00001~0.01摩尔,更优选0.00002~0.005摩尔,进一步优选0.0003~0.002摩尔。
作为中间交联剂的添加方法,可以直接添加中间交联剂,也可以制成水溶液而添加,还可以以使用水、亲水性有机溶剂的溶液的形式添加。作为亲水性有机溶剂,例如可举出甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等低级醇类;丙酮、甲乙酮等酮类;二乙醚、二烷、四氢呋喃等醚类;N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类;二甲基亚砜等亚砜类等。这些亲水性有机溶剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
(后交联工序)
后交联工序中,在后交联剂存在下对通过上述工序而得到的含水凝胶状物(具体为通过上述聚合工序而得到的含水凝胶状物、或通过上述中间交联工序而得到的经中间交联的含水凝胶状物)进行后交联。由此得到吸水性树脂。通过进行后交联工序,可以得到吸水性树脂的表面附近的交联密度提高、载荷下吸水能力等各性能得到提高的吸水性树脂。
作为后交联剂,可举出具有2个以上的反应性官能团的化合物。可举出例如:乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、甘油、聚氧乙烯二醇、聚氧丙烯二醇、聚甘油等多元醇类;(聚)乙二醇二缩水甘油醚、(聚)甘油二缩水甘油醚、(聚)甘油三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、(聚)丙二醇多缩水甘油醚、(聚)甘油多缩水甘油醚等(多)缩水甘油基化合物(需要说明的是,(聚)乙二醇二缩水甘油醚是包含(聚)乙二醇二缩水甘油醚及乙二醇二缩水甘油醚的意思。对于其它化合物,也相同);表氯醇、表溴醇、α-甲基表氯醇等卤代环氧化合物;2,4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等异氰酸酯化合物;3-甲基-3-氧杂环丁烷甲醇、3-乙基-3-氧杂环丁烷甲醇、3-丁基-3-氧杂环丁烷甲醇、3-甲基-3-氧杂环丁烷乙醇、3-乙基-3-氧杂环丁烷乙醇、3-丁基-3-氧杂环丁烷乙醇等氧杂环丁烷化合物;1,2-亚乙基双唑啉等唑啉化合物;碳酸亚乙酯等碳酸酯化合物;双[N,N-二(β-羟乙基)]己二酰胺等羟基烷基酰胺化合物。这些后交联剂中,优选(聚)乙二醇二缩水甘油醚、(聚)甘油二缩水甘油醚、(聚)甘油三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、(聚)丙二醇多缩水甘油醚、(聚)甘油多缩水甘油醚等(多)缩水甘油基化合物,更优选(聚)乙二醇二缩水甘油醚,进一步优选乙二醇二缩水甘油醚。这些后交联剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
作为后交联剂的使用量,相对于用于聚合的水溶性烯键式不饱和单体的总量1摩尔优选0.00001~0.01摩尔,更优选0.00005~0.005摩尔,进一步优选0.0001~0.002摩尔。从得到更加优异的局部吸收特性的观点出发,作为后交联剂的使用量,相对于用于聚合的水溶性烯键式不饱和单体的总量1摩尔更加优选0.0003~0.002摩尔,特别优选0.0006~0.002摩尔。
作为后交联剂的添加方法,可以直接添加后交联剂,也可以制成水溶液而添加,还可以根据需要以使用亲水性有机溶剂作为溶剂的溶液的形式添加。作为亲水性有机溶剂,可举出例如:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等低级醇类;丙酮、甲乙酮等酮类;乙醚、二烷、四氢呋喃等醚类;N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类;二甲基亚砜等亚砜类等。这些亲水性有机溶剂可以单独使用,也可以将两种以上组合或以与水的混合溶剂的形式来使用。
作为后交联剂的添加时期,优选在水溶性烯键式不饱和单体的聚合工序之后的任一阶段相对于水溶性烯键式不饱和单体100质量份在1~400质量份的范围的水分存在下添加,更优选在5~200质量份的范围的水分存在下添加,进一步优选在10~100质量份的范围的水分存在下添加,更进一步优选在20~60质量份的范围的水分存在下添加。需要说明的是,水分的量是指反应体系中所含的水分与添加后交联剂时根据需要使用的水分的合计量。
作为后交联反应中的反应温度,优选50~250℃,更优选60~180℃,进一步优选60~140℃,更进一步优选70~120℃。另外,作为后交联反应的反应时间,优选1~300分钟,更优选5~200分钟。
(干燥工序)
将通过上述后交联工序得到的吸水性树脂供于干燥工序。干燥工序中,通过从外部施加热等能量而馏去水、烃分散介质等溶剂。具体而言,通过对在烃分散介质中分散有含水凝胶的体系进行加热,将水和烃分散介质通过共沸蒸馏暂时馏去到体系外。此时若仅将馏去的烃分散介质返送回体系内,则能够实现连续的共沸蒸馏。这种情况下,干燥中的体系内的温度维持在与烃分散介质共沸的温度以下,因此从不易使树脂劣化等观点出发是优选的。接着,通过馏去水及烃分散介质而得到吸水性树脂的颗粒。通过控制该干燥工序的处理条件来调整脱水量,从而能够控制所得到的吸水性树脂的各性能。
干燥工序中,可以在常压下或减压下进行干燥处理。另外,从提高干燥效率的观点出发,可以在氮气等的气流下进行干燥处理。在常压下进行干燥处理的情况下,作为干燥温度,优选70~250℃,更优选80~180℃,进一步优选80~140℃,更进一步优选90~130℃。另外,在于减压下进行干燥处理的情况下,作为干燥温度,优选40~160℃,更优选50~110℃。
干燥工序可以在后交联工序后进行,也可以与后交联工序同时进行。
另外,可以根据需要在聚合工序后、干燥工序中或干燥工序后对吸水性树脂添加螯合剂、还原剂、氧化剂、抗菌剂、消臭剂等各种添加剂。
实施例
以下示出实施例及比较例来详细说明本发明。但是,本发明不限定于这些实施例。
<吸水性树脂的制造>
(实施例1)
准备具备回流冷凝器、氮气导入管及作为搅拌机的以2级具有4片叶片直径50mm的倾斜桨叶的搅拌叶片(表面涂敷有氟树脂的搅拌叶片)的内径110mm的圆底圆筒型可分离式烧瓶。向该烧瓶中放入作为烃分散介质的正庚烷453g,添加作为表面活性剂的HLB8.6的失水山梨醇单月桂酸酯(日油公司制、NonionLP-20R)1.1g,边搅拌边浸渍于80℃的水浴中升温。接着,将体系内用氮气充分置换。
另一方面,向500mL容积的三角烧瓶中加入80.5质量%的丙烯酸水溶液92g(1.03摩尔),边从外部对其进行冷却边滴加20.9质量%氢氧化钠水溶液147.7g进行中和,然后加入作为偶氮化合物的的2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐0.10g(0.00037摩尔)及作为内部交联剂的乙二醇二缩水甘油醚0.0092g(0.0000053摩尔)并溶解,由此制备单体水溶液。
接着,向上述单体水溶液中充分通入氮气,然后将搅拌机的转速设为1000rpm,以单体水溶液总量的滴加时间为7分钟的方式以恒定速度滴加到上述可分离式烧瓶中。然后,在滴加结束后加入作为中间交联剂的2质量%的乙二醇二缩水甘油醚水溶液0.41g(0.000047摩尔),在80℃下保持20分钟,得到含水凝胶状聚合物。
然后,对于上述烧瓶,用125℃的油浴使反应液升温,边通过正庚烷与水的共沸蒸馏使正庚烷在体系内回流,边将95g的水抽到体系外,然后添加作为后交联剂的2质量%的乙二醇二缩水甘油醚水溶液4.14g(0.00048摩尔),在80℃下保持120分钟。之后,通过蒸发正庚烷而进行干燥,由此得到吸水性树脂。使该树脂通过网眼850μm的筛子,得到颗粒状的吸水性树脂。所得到的吸水性树脂的通过后述的方法测定的中位粒径为445μm。
(实施例2)
在实施例1中,将正庚烷与水的共沸蒸馏中的抽到体系外的水量设为102g,将作为后交联剂的乙二醇二缩水甘油醚的2质量%水溶液的量设为6.21g(0.00071摩尔),除此以外进行与实施例1相同的操作,得到颗粒状的吸水性树脂。得到的吸水性树脂的中位粒径为426μm。
(实施例3)
在实施例1中,将单体水溶液总量的滴加时间设为10分钟,除此以外进行与实施例1相同的操作,得到颗粒状的吸水性树脂。得到的吸水性树脂的中位粒径为468μm。
(比较例1)
准备具备回流冷凝器、氮气导入管及作为搅拌机的以2级具有4片叶片直径50mm的倾斜桨叶的搅拌叶片的内径110mm的圆底圆筒型可分离式烧瓶,向该烧瓶中放入作为烃分散介质的正庚烷300g,添加作为表面活性剂的HLB3的蔗糖硬脂酸酯(三菱化学食品株式会社、RyotoSugarEsterS-370)0.74g、作为高分子分散剂的马来酸酐改性乙烯·丙烯共聚物(三井化学株式会社、Highwax1105A)0.74g,边搅拌边升温到80℃而使表面活性剂溶解,然后冷却到50℃。
另一方面,向500mL容积的三角烧瓶中放入80质量%的丙烯酸水溶液92g(1.02摩尔),从外部进行冷却,同时滴加30质量%的氢氧化钠水溶液102.2g而进行中和,然后加入作为增稠剂的羟乙基纤维素0.092g(住友精化株式会社、HECAW-15F)、作为过氧化物的过硫酸钾0.074g(0.000274摩尔)、作为内部交联剂的乙二醇二缩水甘油醚0.010g(0.000058摩尔)和离子交换水43.8g,进行溶解,从而制备第一阶段的单体水溶液。
接着,将搅拌机的转速设为500rpm,将如上制备的第一阶段的单体水溶液添加到可分离式烧瓶中,将体系内用氮气充分置换后将烧瓶浸渍于70℃的水浴而升温,进行60分钟的聚合,从而得到第一阶段的含水凝胶状聚合物。
另一方面,向另一500mL容积的三角烧瓶中放入80质量%的丙烯酸水溶液128.8g(1.43摩尔),从外部进行冷却,同时滴加30质量%的氢氧化钠水溶液143.1g而进行中和,然后加入作为过氧化物的过硫酸钾0.104g(0.000382摩尔)、作为内部交联剂的乙二醇二缩水甘油醚0.012g(0.000067摩尔)和15.9g,进行溶解,从而制备第二阶段的单体水溶液。
将上述搅拌的转速变更为1000rpm后,将上述可分离式烧瓶体系内冷却到25℃,将第二阶段的单体水溶液的总量一次性添加到第一阶段聚合浆料液中,将体系内用氮气充分置换后,再次将烧瓶浸渍在70℃的水浴中升温,进行30分钟的第二阶段聚合。
在第二阶段聚合后,用125℃的油浴使反应液升温,边通过正庚烷与水的共沸蒸馏将正庚烷回流边将257g的水抽到体系外,然后添加作为后交联剂的乙二醇二缩水甘油醚的2质量%水溶液4.42g(0.00051摩尔),在80℃下保持120分钟。之后,通过蒸发正庚烷而进行干燥,由此得到吸水性树脂。使该树脂通过网眼850μm的筛子,得到球状颗粒凝聚而成的吸水性树脂。得到的吸水性树脂的中位粒径为368μm。
(比较例2)
准备具备回流冷凝器、氮气导入管及作为搅拌机的以2级具有4片叶片直径50mm的倾斜桨叶的搅拌叶片(表面涂敷有氟树脂的搅拌叶片)的内径110mm的圆底圆筒型可分离式烧瓶。向该烧瓶中加入作为烃分散介质的正庚烷400g,添加作为表面活性剂的失水山梨醇单月桂酸酯(日油公司制、商品名NonionLP-20R;HLB8.6)0.83g,边搅拌边升温到45℃而使表面活性剂溶解于正庚烷。
另一方面,向500mL容积的三角烧瓶中加入作为水溶性烯键式不饱和单体的80.5质量%的丙烯酸水溶液81.0g(0.91摩尔)。边从外部用冰水冷却丙烯酸水溶液边滴加20.9质量%氢氧化钠水溶液130.0g而进行中和。之后,在烧杯中加入作为自由基聚合引发剂的过硫酸钾0.09g(0.00033摩尔),进行溶解,从而制备第一阶段的单体水溶液。
接着,将搅拌机的转速设为450rpm,边搅拌边将上述第一阶段的单体水溶液的总量添加到上述圆底烧瓶中,将体系内用氮气充分置换后,将上述可分离式烧瓶浸渍在70℃的水浴中使体系内升温,进行1小时的聚合反应,从而得到第一阶段的含水凝胶状聚合物。
另一方面,向另一500mL容积的三角烧瓶中加入作为水溶性烯键式不饱和单体的80.5质量%的丙烯酸水溶液97.2g(1.35摩尔)。边将丙烯酸水溶液用冰水冷却,边向烧杯中滴加27.1质量%氢氧化钠水溶液149.4g进行中和。之后,向烧杯中加入作为水溶性自由基聚合引发剂的过硫酸钾0.11g(0.00041摩尔),进行溶解,从而制备第二阶段的单体水溶液。
对于利用中间交联剂的交联反应结束后的悬浮液,边将搅拌机的转速设为700rpm进行搅拌边冷却到70℃。向冷却后的圆底烧瓶内一次性添加上述第二阶段的单体水溶液的总量,然后边使体系内温度保持添加结束时的温度(55℃),边将体系内用氮气充分置换。将圆底烧瓶浸渍在70℃的水浴中使体系内升温,然后进行1小时的聚合,得到含水凝胶状聚合物。
然后,将上述烧瓶用120℃的油浴升温,边通过正庚烷与水的共沸蒸馏使正庚烷在体系内回流,边将175.6g的水抽到体系外。之后,向上述烧瓶中添加作为后交联剂的2质量%的乙二醇二缩水甘油醚水溶液7.29g(0.00084摩尔),在80℃下保持120分钟。之后,通过蒸发正庚烷而进行干燥,由此得到吸水性树脂粉末。使该树脂粉末通过网眼850μm的筛子,得到颗粒状的吸水性树脂。得到的吸水性树脂的中位粒径为312μm。
(比较例3)
准备具备回流冷凝器、氮气导入管及作为搅拌机的以2级具有4片叶片直径50mm的倾斜桨叶的搅拌叶片(表面涂敷有氟树脂的搅拌叶片)的内径110mm的圆底圆筒型可分离式烧瓶。向该烧瓶中放入作为烃分散介质的正庚烷453g,添加作为表面活性剂的HLB9的蔗糖脂肪酸酯(三菱化学食品公司制、RyotoSugarEsterS-970)1.1g,边搅拌边浸渍在80℃的水浴中升温。接着,将体系内用氮气充分置换。
另一方面,向500mL容积的三角烧瓶中加入作为水溶性烯键式不饱和单体的80.5质量%的丙烯酸水溶液92g(1.03摩尔)。边从外部冷却丙烯酸水溶液,边滴加20.9质量%氢氧化钠水溶液147.7g进行中和。之后,向烧杯中加入作为自由基聚合引发剂的过硫酸钾0.10g(0.00037摩尔)及作为内部交联剂的乙二醇二缩水甘油醚0.0092g(0.0000053摩尔),进行溶解,由此制备单体水溶液。
接着向上述单体水溶液中充分通入氮气,然后将搅拌机的转速设为1000rpm,以单体水溶液总量的滴加时间为7分钟的方式以恒定速度滴加到上述可分离式烧瓶中。然后,在滴加结束后也浸渍在80℃的水浴中保温20分钟,从而得到含水凝胶状聚合物。
然后,对于上述烧瓶,用125℃的油浴使反应液升温,边通过正庚烷与水的共沸蒸馏使正庚烷在体系内回流,边将95g的水抽到体系外,然后添加作为后交联剂的2质量%的乙二醇二缩水甘油醚水溶液4.14g(0.00048摩尔),在80℃下保持120分钟。之后,通过蒸发正庚烷而进行干燥,由此得到吸水性树脂粉末。使该树脂粉末通过网眼850μm的筛子,得到颗粒状的吸水性树脂。得到的吸水性树脂的中位粒径为368μm。
(比较例4)
准备具备回流冷凝器、氮气导入管及作为搅拌机的以2级具有4片叶片直径50mm的倾斜桨叶的搅拌叶片的内径110mm、容积2L的圆底圆筒型可分离式烧瓶。向该烧瓶中放入作为烃分散介质的正庚烷300g,添加作为表面活性剂的HLB3的蔗糖硬脂酸酯(三菱化学食品株式会社、RyotoSugarEsterS-370)0.74g、作为高分子系分散剂的马来酸酐改性乙烯·丙烯共聚物(三井化学株式会社、Highwax1105A)0.74g,边搅拌边升温到80℃而溶解表面活性剂,然后冷却到50℃。
另一方面,向500mL容积的三角烧瓶中放入80质量%的丙烯酸水溶液92g(1.02摩尔),边从外部进行冷却,边滴加21质量%的氢氧化钠水溶液146.0g进行中和,然后加入作为增稠剂的羟乙基纤维素0.092g(住友精化株式会社、HECAW-15F)、作为偶氮系化合物的2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐0.11g(0.00041摩尔)及作为内部交联剂的乙二醇二缩水甘油醚0.0064g(0.000037摩尔),进行溶解,从而制备第一阶段的单体水溶液。
接着,将搅拌机的转速设为500rpm,将如上制备的第一阶段的单体水溶液添加到可分离式烧瓶中,将体系内用氮气充分置换后,将上述烧瓶浸入70℃的水浴中升温,从而引发聚合。接着,在体系内的温度达到聚合的峰温度(80~90℃)的时刻,将上述搅拌的转速变更为1000rpm,边用125℃的油浴通过正庚烷与水的共沸蒸馏使正庚烷在体系内回流,边将92g的水抽出到体系外,得到第一阶段的含水凝胶状聚合物。
另一方面,向另一500mL容积的三角烧瓶中放入80质量%的丙烯酸水溶液128.8g(1.43摩尔),边从外部进行冷却,边滴加27质量%的氢氧化钠水溶液159.0g进行中和,然后加入作为偶氮系化合物的2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐0.11g(0.00041摩尔)、作为内部交联剂的乙二醇二缩水甘油醚0.0116g(0.000067摩尔),进行溶解,从而制备第二阶段的单体水溶液。
将上述搅拌的转速变更为1000rpm后,将上述可分离式烧瓶体系内冷却,将第二阶段的单体水溶液的总量一次性添加到第一阶段的聚合浆料液中,将设为27℃的体系内用氮气充分置换后,再次将上述烧瓶浸渍在70℃的水浴中升温,进行30分钟的第二阶段聚合。
在第二阶段聚合后,对于上述烧瓶,用125℃的油浴使反应液升温,边通过正庚烷与水的共沸蒸馏使正庚烷在体系内回流,边将168g的水抽到体系外,然后添加作为后交联剂的乙二醇二缩水甘油醚的2质量%水溶液4.42g(0.00051摩尔),在80℃下保持120分钟。之后,通过蒸发正庚烷而进行干燥,由此得到吸水性树脂。使该树脂通过网眼850μm的筛子,得到球状颗粒凝聚而成的吸水性树脂。得到的吸水性树脂的中位粒径为370μm。
<吸水性树脂的测定>
通过以下所示的方法测定所得到的吸水性树脂的生理盐水吸水速度、载荷下扩散吸收倍率、生理盐水保水能力、中位粒径、加压下吸收倍率。
(生理盐水吸水速度)
在调节为25℃±1℃的室内进行生理盐水吸水速度的测定。预先用JIS标准筛将吸水性树脂分级,将通过500μm的筛且留在250μm的筛上的吸水性树脂作为树脂样品。然后,在容积100mL的烧杯中,用磁力搅拌棒(8mmφ×30mm,无环)搅拌通过恒温水槽将温度调整为25±0.2℃的生理盐水50±0.1g,以转速600r/min产生漩涡。边如此进行搅拌边将上述树脂样品2.0±0.002g一次性添加到上述生理盐水中,测定从添加树脂样品后到漩涡消失、直至液面变平坦为止的时间(秒),将该时间作为生理盐水吸水速度。
(载荷下扩散吸收倍率)
在调节为25℃±1℃的室内,使用图1及图2所示的测定装置进行载荷下扩散吸收倍率的测定。预先使用JIS标准筛将吸水性树脂分级,将通过500μm的筛且留在250μm的筛上的吸水性树脂作为树脂样品。接着,在内径150mm、高30mm的陪替氏培养皿6中放置外径90mm、厚度5mm的玻璃过滤器7,加入生理盐水至玻璃过滤器7的高度。在玻璃过滤器7上载置滤纸8(ADVANTEC公司制的No.2)和在中心具有直径10mm(开口面积78.5mm2)的圆孔H的外径80mm、厚度0.1mm的塑料(PET)制的片材9。
另外向在底部铺有400目不锈钢制金属网93的内径60mm、高70mm的塑料制圆筒91中放入2.0±0.002g的树脂样品(吸水性树脂)5,以均匀的厚度将其铺在底部(金属网93)。然后插入活塞92,在活塞92上放置重物90,对树脂样品(吸水性树脂)5均匀地施加20g/cm2(1.96kPa)的载荷。在该状态下测定质量(Wa)。即,质量Wa为重物90、圆筒91、活塞92、金属网93及树脂样品(吸水性树脂)5的合计质量。将以重物90施加载荷的状态的圆筒91载置在PET制的片材9上,使其吸收生理盐水60分钟,然后测定质量(Wb)。即,质量Wb为重物90、圆筒91、活塞92、金属网93、树脂样品(吸水性树脂)5及树脂样品(吸水性树脂)5所吸收的生理盐水的合计质量。由下述式子计算载荷下扩散吸收倍率。
载荷下扩散吸收倍率(g/g)=(Wb-Wa)/吸水性树脂的质量
(生理盐水保水能力)
在调节为25℃±1℃的室内进行生理盐水保水能力的测定。向500ml容积的烧杯中,量取0.9质量%氯化钠水溶液(生理盐水)500g,边用磁力搅拌棒(8mmφ×30mm,无环)以搅拌转速600rpm搅拌,边使吸水性树脂2.0±0.002g以不产生团块的状态进行分散。在搅拌状态下放置30分钟使吸水性树脂充分溶胀。之后,注入棉袋(Cottonbroad60号、横100mm×纵200mm)中,将棉袋上部用橡皮筋捆扎,使用离心力设定为167G的脱水机(株式会社Kokusan制,型号:H-122)将棉袋脱水1分钟,测定脱水后含有溶胀凝胶的棉袋的质量Wc(g)。在不添加吸水性树脂的情况下进行相同的操作,测定湿润时的棉袋的空质量(即,向空棉袋注入生理盐水后进行脱水而得到的、湿润状态的棉袋的质量)Wd(g),并且由以下式子计算吸水性树脂的生理盐水保水能力。
生理盐水保水能力(g/g)=[Wc-Wd](g)/吸水性树脂的质量(g)
(中位粒径)
将JIS标准筛从上方起按照网眼850μm的筛、网眼500μm的筛、网眼300μm的筛、网眼250μm的筛、网眼212μm的筛、网眼106μm的筛、网眼75μm的筛及接收皿的顺序组合。
向位于组合的最上方的筛子中加入吸水性树脂50g,使用轻敲式振荡器振荡20分钟而分级。分级后,计算残留在各筛上的吸水性树脂的质量相对于总量的质量百分率,求出粒度分布。对于该粒度分布,从粒径大的一侧起依次将筛上物累积,将筛的网眼与残留在筛上的吸水性树脂的质量百分率的累计值的关系标绘在对数概率纸上。将概率纸上的点用直线连接,将相当于累计质量百分率50质量%的粒径作为中位粒径。
(加压下吸收倍率)
在调节为25℃±1℃的室内进行加压下吸收倍率的测定。向内径150mm、高30mm的陪替氏培养皿中放入外径90mm、厚度5mm的玻璃过滤器,加入生理盐水至玻璃过滤器的高度,在其上载置滤纸(ADVANTEC公司制的No.2)。
另外向在底部铺有400目的不锈钢制金属网的内径60mm、高度70mm的塑料制圆筒的底部均匀地散布吸水性树脂0.9±0.002g,在其上放置活塞及重物,对吸水性树脂均匀地施加21g/cm2(2.06kPa)的载荷,测定质量(We)。即,质量We为重物、圆筒、活塞、金属网、及吸水性树脂的合计质量。将上述圆筒载置在上述滤纸上,使其吸收生理盐水60分钟,测定其质量(Wf)。即,质量Wf为重物、圆筒、活塞、金属网、吸水性树脂、及吸水性树脂所吸收的生理盐水的合计质量。通过下述式子计算加压下吸收倍率(2.06kPa)。
加压下吸收倍率(g/g)=(Wf-We)/吸水性树脂的质量
另外,将施加于吸水性树脂的载荷从21g/cm2(2.06kPa)变更为49g/cm2(4.81kPa),进行与上述相同的操作,计算加压下吸收倍率(4.81kPa)。
<吸收性物品的制作>
在调节为25℃±1℃、相对湿度RH50%以下的室内进行吸收性物品的制作。首先,使用实施例1~3及比较例1~4中得到的各吸水性树脂2.4g和破碎纸浆(Leonia公司制,LEIFLOCK(レイフロック))9.6g,通过空气抄纸混匀,从而制作大小为40cm×20cm的片状的吸收体芯。接着,在用与吸收体芯大小相同且每平方米重量为16g/m2的2片薄页纸夹持吸收体芯的上下的状态下,对整体施加196kPa的载荷30秒而进行加压,从而制作吸收体。再在吸收体的上表面上配置与吸收体大小相同且每平方米重量为22g/m2的聚乙烯-聚丙烯制的透气型多孔液体透过性片材,在吸收体的下表面配置与聚乙烯-聚丙烯制的透气型多孔液体透过性片材大小相同且每平方米重量相同的聚乙烯制的液体不透过性片材,夹持吸收体,从而将其作为吸收性物品。
<吸收性物品的评价>
通过测定以下的合计渗透速度、回渗量及合计扩散面积来评价所制作的吸收性物品的局部吸收特性。在调节为25℃±1℃、相对湿度RH50%以下的室内进行吸收性物品的合计渗透速度、回渗量和合计扩散面积的测定。
(合计渗透速度)
首先,在水平的台上放置上述吸收性物品,在该吸收性物品的中心部放置具备内径3cm的加液用注射器的测定器具(质量60g),将用少量的蓝色1号着色的生理盐水20mL以2秒加入到上述注射器内,并且用秒表测定至生理盐水从注射器内完全消失为止的时间,作为第一次(初始)的渗透速度(秒)。然后,拆下注射器,将吸收性物品以原状态静置在台上,在第一次加入生理盐水开始起的180秒后,对与第一次相同的位置使用测定器具进行相同的操作,测定第二次(再吸收)的渗透速度(秒)。将第一次(初始)和第二次(再吸收)的合计作为合计渗透速度。需要说明的是,小数点以下的数值进行了四舍五入。
(回渗量)
同样地进行到上述合计渗透速度的测定法中的第二次加入生理盐水为止,在第二次加入试验液开始起的180秒后,在吸收性物品上的生理盐水投入位置上放置预先测定了质量(Wg(g)、具体约38g)的10cm×10cm的滤纸束,在其上载置底面为10cm×10cm的质量1kg的重物。在放置载荷30秒后、测定滤纸束的质量(Wh(g)、即Wg(g)的滤纸束和其所吸收的水分的合计质量),将增加的质量作为回渗量(g)。需要说明的是,小数点以下的数值进行了四舍五入。
(合计扩散面积)
在上述合计渗透速度测定中的第一次(初始)渗透速度测定后,测定生理盐水所渗透的吸收性物品表面的区域(即,由于生理盐水的渗透而被着色的区域)的长度方向和宽度方向的最大发散尺寸(cm),将长度方向与宽度方向的最大发散尺寸(cm)之乘积作为扩散面积(初始)。另外,在上述回渗量测定后,测定生理盐水所渗透的吸收性物品表面的区域(即,由于生理盐水的渗透而着色的区域)的长度方向和宽度方向的最大发散尺寸(cm),将长度方向与宽度方向的最大发散尺寸(cm)的乘积作为扩散面积(再吸收)。进一步地,将扩散面积(初始)与扩散面积(再吸收)的合计作为合计扩散面积(cm2)。需要说明的是,小数点以下的数值进行了四舍五入。
将实施例及比较例中制造的吸水性树脂的概要及通过上述各测定方法测定的结果示于表1,将通过上述评价方法评价由吸水性树脂制作的吸收性物品而得的结果示于表2。
[表1]
[表2]
Claims (6)
1.一种吸水性树脂,其特征在于,所述吸水性树脂为由水溶性烯键式不饱和单体的聚合物构成的吸水性树脂,生理盐水吸水速度为5秒~30秒,且载荷下扩散吸收倍率为10g/g以上,所述载荷下扩散吸收倍率表示在1.96kPa载荷下78.5mm2的局部面积的生理盐水吸水能力。
2.根据权利要求1所述的吸水性树脂,其中,生理盐水保水能力为35g/g以上。
3.根据权利要求1或2所述的吸水性树脂,其中,中位粒径为200μm~800μm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂具有选自颗粒状、大致球状、以及颗粒状和/或大致球状的颗粒的凝聚形状中的至少1种形状。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的吸水性树脂,其中,所述吸水性树脂是通过反相悬浮聚合法得到的。
6.一种吸收性物品,其特征在于,具备包含权利要求1~5中任一项所述的吸水性树脂以及亲水性纤维的吸收体。
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