CN112119114A - 吸水性树脂粉末及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于,提供微粉产生量和微粉回收量得以降低的吸水性树脂粉末及其制造方法,本发明的制造方法包括干燥工序和微粉造粒工序。干燥工序是将以含酸基的不饱和单体作为主成分而得到的颗粒状含水凝胶状交联聚合物干燥而得到干燥聚合物的工序。微粉造粒工序是向由吸水性树脂制成的微粉中添加粘结剂和粘接控制剂而得到微粉造粒物的工序。该制造方法中,将所得微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序。
Description
技术领域
本发明涉及吸水性树脂粉末及其制造方法。详细而言,本发明涉及制造工序中的微粉产生量与以往相比得以降低的吸水性树脂粉末的制造方法。
背景技术
吸水性树脂(SAP/Super Absorbent Polymer)是水溶胀性水不溶性的高分子胶凝剂,在纸尿布、生理用卫生巾等吸收性物品、农林园艺用保水剂、工业用止水剂等各种领域中常用。
上述吸水性树脂中,作为其原料而使用大量单体、亲水性高分子,但从吸水性能的观点出发,在工业上最常生产将丙烯酸和/或其盐用作单体的聚丙烯酸(盐)系吸水性树脂。
随着作为主要用途的纸尿布的高性能化,对于上述吸水性树脂要求各种功能(高物性化)。具体而言,除了作为基本物性的无加压下吸水倍率、加压下吸水倍率之外,对于吸水性树脂还要求凝胶强度、水可溶成分、含水率、吸水速度、通液性、粒度分布、耐尿性、抗菌性、耐损伤性、粉体流动性、消臭性、耐着色性、低粉尘、低残留单体等各种物性。
这种吸水性树脂可以制成片状、纤维状、薄膜状等各种形状,但通常多制成粉末状或颗粒状。对于粉末状或颗粒状的吸水性树脂而言,已知吸水性能、处理性、使用感会因其粒径、粒度分布等而发生变动。因此,寻求粒径、粒度分布得以恰当控制的粉末状或颗粒状的吸水性树脂。尤其是,在纸尿布等卫生用品的用途中,从加压下吸水倍率、通液性等观点出发,优选微粉(粒径小于100μm~小于150μm的微粒、尤其是小于150μm的微粒)的含量少的吸水性树脂粉末(例如粒度分布为850~150μm)。
作为上述粉末状或颗粒状的吸水性树脂的主要制造方法,可列举出水溶液聚合法、反相悬浮聚合法。尤其是,在该水溶液聚合法中,通常为了最终获得颗粒状的吸水性树脂,需要如下那样的多个制造工序:将水溶性烯属不饱和单体进行水溶液聚合的聚合工序、将通过聚合而得到的含水凝胶状聚合物粉碎的凝胶粉碎(细粒化)工序、将粉碎凝胶干燥的干燥工序、将干燥物粉碎的粉碎工序、将粉碎物调整至恰当粒度范围的分级工序、向经分级的吸水性树脂粉末混合表面交联剂的混合工序、将混合物加热而使其发生表面交联反应的加热工序(非专利文献1和专利文献1~4)。
上述制造工艺中发生的微粉量达到生产量总体的10质量%~几十质量%(例如20~30质量%)。该微粉在分级工序中被去除,但被去除的微粉的废弃对于成本而言是不利的,因此,通常在造粒后回收至分级工序以前的工序、尤其是干燥工序以前的工序中。
将微粉造粒并回收时,若微粉造粒物的强度不足,则例如在干燥工序、粉碎工序和分级工序中再次产生微粉,作为其结果,制造工艺整体产生的微粉量会增加。至今为止,提出了多种用于改善微粉造粒物的强度的方案。
例如,提出了通过用大量的温水使微粉发生凝胶化而使微粉彼此牢固粘合的方法(专利文献5);以及用碱性溶液对微粉表面进行处理,并将可溶成分等溶出成分作为粘结剂而使微粉彼此牢固粘合的方法(专利文献6)。此外,作为通过向微粉中均匀地供给水分而使微粉彼此均匀且牢固地粘合的方法,提出了使用水(水性液)和水蒸气的方法(专利文献7);以及使用疏水性粉末(无机氧化物颗粒)与微粉的混合物且使用水的方法(专利文献8)。
但是,通过任意方法而得到的微粉造粒物的粒径均变大至几mm以上(例如3mm),必然大于其干燥物的粒径和目标吸水性树脂的制品粒径(例如为850~150μm)。例如,将微粉造粒物回收至经粉碎的含水凝胶的干燥工序时,发生微粉造粒物彼此的粘接、微粉造粒物与含水凝胶颗粒的粘接,所得干燥物的粒径进一步大于干燥前的微粉造粒物、目标吸水性树脂的制品粒径。此时,即便微粉造粒物自身具有充分的强度,也会因微粉造粒物及其干燥物发生大颗粒化或一体化成块状而导致用于实现目标制品粒径的此后的粉碎工序中的负担变大,存在微粉的发生量反而增加的问题。此外,在使用无机氧化物颗粒的专利文献8的方法的情况下,由于在与吸水性树脂微粉混合的工序中产生粉尘,因此,还具有处理性的问题。进而,与聚合凝胶的干燥物、即吸水性树脂粉末(一次颗粒)相比,由干燥后的吸水性树脂微粉得到的吸水性树脂微粉造粒物(二次颗粒)相对而言不抗机械损伤,因此,有时还与造粒颗粒的破损相伴地发生微粉的再生。因而,作为微粉再利用方法而通过微粉造粒得到的吸水性树脂还存在因其制造工序和/或最终制品的实际使用(例如制造纸尿布)时的摩擦、因预料不到的机械损伤导致微粉造粒物破损而使微粉增加的可能性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:欧洲专利1130045A2号
专利文献2:国际公开WO2009/113678号
专利文献3:国际公开WO2009/113679号
专利文献4:国际公开WO2009/113673号
专利文献5:日本特开平11-106514号
专利文献6:国际公开WO2015/041432号
专利文献7:国际公开WO2009/031701号
专利文献8:韩国专利公开1020170092314号
非专利文献
非专利文献1:Modern Superabsorbents Polymer Chemistry(1998)、p69-103
发明内容
发明要解决的问题
本发明的课题是提供加压下吸水倍率等吸水性能优异且制造工序中的微粉产生量和微粉回收量少、能够利用紧凑的装置高效地制造吸水性树脂粉末的方法。进而,本发明提供能够抑制与相对而言不抗机械损伤的造粒颗粒的破损相伴的微粉再生的吸水性树脂粉末及其制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等经深入研究的结果发现:通过在微粉造粒工序中对微粉添加粘接控制剂而得到具有适度的造粒强度和粒度的微粉造粒物,在将该微粉造粒物回收至干燥工序时,所得干燥物的大颗粒化受到抑制,由此,其后续工序中的机械损伤得以降低,微粉产生量减少,从而完成了本发明。
即,本发明是一种吸水性树脂粉末的制造方法,其包括如下工序:干燥工序,将以含酸基的不饱和单体作为主成分而得到的颗粒状含水凝胶状交联聚合物干燥,从而得到干燥聚合物;以及微粉造粒工序,向由吸水性树脂制成的微粉中添加粘结剂和粘接控制剂,从而得到微粉造粒物,将所得微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序中。此外,为了解决上述课题,针对本发明的吸水性树脂粉末,将上述制造方法作为制造方法的一例,提供包含作为含水凝胶状交联聚合物的干燥物的吸水性树脂粉末(一次颗粒)和含有粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物的吸水性树脂粉末。
发明的效果
通过本发明所述的制造方法,在微粉造粒工序中,得到具有适度的造粒强度和粒度的微粉造粒物。通过将该微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序中,并与颗粒状含水凝胶交联聚合物一同干燥,从而避免所得干燥物的大颗粒化。由此,其后续工序中的机械损伤得以降低,获得微粉产生量减少的效果。尤其是,在干燥工序中使用伴有内容物的转动的搅拌干燥机,将微粉造粒物与颗粒状含水凝胶一同干燥时,由微粉造粒物彼此的粘接或者微粉造粒物与含水凝胶颗粒的粘接导致的粗粒化受到抑制,因此,其后续工序中的微粉产生量的减少这一效果变得更为显著。
此外,主要将制造工序中产生的微粉供给至微粉造粒工序的实施方式中,随着微粉产生量的减少,回收至干燥工序等中的微粉造粒物也减少,因此,所得吸水性树脂粉末的物性提高。进而,能够使干燥工序及之后的工序中的制造装置紧凑化。进而,本发明所述的吸水性树脂粉末由于相对而言不抗机械损伤的微粉造粒物包含粘接控制剂(尤其是表面活性剂),因此,由其后续工序、作为吸水性树脂粉末的制品而实际使用(例如制造纸尿布)时的摩擦导致的机械损伤减少,微粉产生量减少的效果变得更为显著。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所述的制造方法的流程图。
图2是表示本发明的其它实施方式所述的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下,针对本发明进行详细说明,但本发明的范围不局限于这些说明,除了以下的例示之外,也可以在不损害本发明主旨的范围内适当变更来实施。此外,本发明不限定于以下的实施方式,可以在权利要求中示出的范围内进行各种变更。将针对多个实施方式而分别公开的技术手段适当组合而得到的其它实施方式也包括在本发明的技术范围内。
〔1〕术语的定义
〔1-1〕“吸水性树脂”
本发明中的“吸水性树脂”是指水溶胀性水不溶性的高分子胶凝剂,其满足下述物性。即,是指如下的高分子胶凝剂:作为水溶胀性,ERT441.2-02中规定的CRC(离心分离机保持容量)为5g/g以上,且作为水不溶性,ERT470.2-02中规定的Ext(水可溶成分)为50质量%以下。
上述吸水性树脂可以进行与其用途/目的相符的设计,没有特别限定,优选为使具有羧基的不饱和单体进行交联聚合而得的亲水性交联聚合物。此外,不限定于全部为交联聚合物的形态,只要上述的各物性(CRC、Ext)满足上述数值范围即可,可以为包含添加剂等的组合物。
本发明中的“吸水性树脂”可以进行了表面交联(别名:后交联、二次交联),也可以未经表面交联。需要说明的是,本发明中,有时也将结束规定的表面交联处理后的吸水性树脂另行称为经表面交联的吸水性树脂。此外,将调整至规定的含水率和粒度的吸水性树脂称为吸水性树脂粉末或吸水剂。
〔1-2〕“微粉”
本发明中的“微粉”是指颗粒状或粉末状的吸水性树脂,其质均粒径小于150μm。优选指的是由以聚(甲基)丙烯酸(盐)系交联聚合物作为主成分的吸水性树脂制成的微粉。可以进行了表面交联,也可以未经表面交联。此外,微粉可以包含水、后述其它添加剂的添加工序中记载的添加剂。即,本发明的“由吸水性树脂制成的微粉”不限定于100%为吸水性树脂(含水率为0%的聚合物),微粉也可以包含水、作为吸水性树脂粉末的副原料的其它微量成分(例如无机微粒等)。
〔1-3〕“聚(甲基)丙烯酸(盐)”
本发明中的“聚(甲基)丙烯酸(盐)”是指聚(甲基)丙烯酸和/或其盐,是指如下的交联聚合物:作为主成分,包含(甲基)丙烯酸和/或其盐(以下也称为“(甲基)丙烯酸(盐)”)来作为重复单元,且作为任选成分而包含接枝成分。
上述“主成分”是指:相对于聚合所使用的单体整体,(甲基)丙烯酸(盐)的用量(含量)优选为50摩尔%~100摩尔%、更优选为70摩尔%~100摩尔%、进一步优选为90摩尔%~100摩尔%、特别优选实质为100摩尔%。
此处,聚(甲基)丙烯酸(盐)可以未经中和,优选为经部分中和或完全中和的聚(甲基)丙烯酸盐,更优选为一价的盐,进一步优选为碱金属盐或铵盐,更进一步优选为碱金属盐,特别优选为钠盐。
〔1-4〕评价方法的定义
“EDANA”为European Disposables and Nonwovens Associations的简称。此外,“ERT”为EDANA Recommended Test Methods的简称,是规定了吸水性树脂的测定方法的欧洲标准。本发明中,只要没有特别记载,则按照ERT原本(2002年修订)来测定吸水性树脂的物性。关于ERT原本(2002年修订)中未记载的评价方法,利用实施例所记载的方法和条件来测定。
〔1-4-1〕“CRC”(ERT441.2-02)
“CRC”为Centrifuge Retention Capacity(离心分离机保持容量)的简称,指的是吸水性树脂在无加压下的吸水倍率(有时也称为“吸水倍率”)。具体是指:将吸水性树脂0.2g投入至无纺布制的袋后,在明显过量的0.9质量%氯化钠水溶液中浸渍30分钟而使其自由溶胀,其后,利用离心分离机(250G)控水3分钟后的吸水倍率(单位;g/g)。需要说明的是,针对聚合后和/或凝胶粉碎后的含水凝胶,使用含水凝胶0.4g并将测定时间变更为24小时,且进行固体成分校正来求出CRC。
〔1-4-2〕“Ext”(ERT470.2-02)
“Ext”为Extractables的简称,指的是吸水性树脂的水可溶成分(吸水性树脂中的水可溶成分聚合物量)。具体是指:将吸水性树脂1.0g添加至0.9质量%氯化钠水溶液200ml中,以500rpm搅拌16小时后,溶解于水溶液中的物质的量(单位;质量%)。水可溶成分的测定中使用pH滴定。需要说明的是,针对聚合后和/或凝胶粉碎后的含水凝胶,使用含水凝胶2.0g进行测定,并以单位固体成分的水可溶成分的质量%的形式来计算。
〔1-4-3〕“Moisture Content”(ERT430.2-02)
“Moisture Content”是指用吸水性树脂的干燥减量来规定的含水率。具体是指:由将吸水性树脂4.0g以105℃干燥3小时时的干燥减量算出的值(单位;质量%)。需要说明的是,本发明中,干燥后的吸水性树脂的含水率用吸水性树脂1.0g的180℃、3小时的干燥减量来规定,干燥前的含水凝胶的含水率用含水凝胶2.0g的180℃、24小时的干燥减量来规定。
〔1-4-4〕“PSD”(ERT420.2-02)
“PSD”为Particle Size Distribution的简称,指的是通过筛分级而测得的吸水性树脂的粒度分布。需要说明的是,质均粒径(D50)和粒度分布的对数标准偏差(σζ)通过与美国专利第7638570号的27~28栏的(3)质均粒径(D50)和粒度分布的对数标准偏差中记载的方法相同的方法,利用振动分级机(电源为60Hz)来测定。需要说明的是,本发明中,颗粒状含水凝胶的粒度分布(PSD)通过利用后述方法进行湿式筛分级来规定。进而,颗粒状含水凝胶的固体成分换算的粒径(μm)根据颗粒状含水凝胶的粒径(μm)及其固体成分率(质量%)并利用后述计算方法来规定。
〔1-4-5〕“AAP”(ERT442.2-02)
“AAP”为Absorption Against Pressure的简称,指的是吸水性树脂在加压下的吸水倍率。具体是指:使吸水性树脂0.9g在2.06kPa(21g/cm2、0.3psi)的载荷下相对于明显过量的0.9质量%氯化钠水溶液溶胀1小时后的吸水倍率(单位;g/g)。本申请说明书中,定义为将载荷条件变更为4.83kPa(约相当于49g/cm2、约相当于0.7psi)而测得的值。
〔1-4-6〕“Residual Monomers”(ERT410.2-02)
“Residual Monomers”是指残留在吸水性树脂中的单体(monomer)质量(以下称为“残留单体”)相对于吸水性树脂质量的比例(单位;ppm)。具体而言,针对将吸水性树脂1.0g添加至0.9质量%氯化钠水溶液200ml中,并搅拌1小时后溶出的单体量,使用高效液相色谱法进行测定。此外,含水凝胶的残留单体设为如下的比例:根据需要进行强制冷却等聚合停止操作后,利用后述方法而测得的残留单体质量相对于含水凝胶的树脂固体成分质量的比例(单位;质量%)。
〔1-4-7〕“Vortex”
本发明中的“Vortex”是表示吸水性树脂的吸水速度的指标,指的是2g吸水性树脂吸收50ml的0.9质量%的氯化钠水溶液至规定状态为止所需的时间(单位;秒)。
〔1-5〕其它
本说明书中,表示范围的“X~Y”是指“X以上且Y以下”。此外,只要没有特别记载,则质量的单位“t(吨)”是指“Metric ton(公吨)”,“ppm”是指“质量ppm”或“重量ppm”。进而,“质量”和“重量”、“质量份”和“重量份”、“质量%”和“重量%”分别视作同义词。此外,“~酸(盐)”是指“~酸和/或其盐”,“(甲基)丙烯酰”是指“丙烯酰和/或甲基丙烯酰”。
〔2〕吸水性树脂粉末的制造方法
本发明所述的制造方法包括如下工序:干燥工序,将以含酸基的不饱和单体作为主成分而得到的颗粒状含水凝胶状交联聚合物干燥,从而得到干燥聚合物;以及微粉造粒工序,向由吸水性树脂制成的微粉中添加粘结剂和粘接控制剂,从而得到微粉造粒物,将所得微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序来制造吸水性树脂粉末。
图1是用于说明本发明的一个实施方式所述的制造方法的流程图。该制造方法中,除了干燥工序和微粉造粒工序之外,还具有聚合工序、(与聚合同时或另行的)凝胶粉碎工序、(与干燥同时或另行的)表面交联工序、(干燥后的和/或表面交联后的)整粒工序、冷却工序和微粉回收工序。此外,可以包括单体水溶液的制备工序、各种添加剂的添加工序等与目标相符的各种公知工序。如后所述,本发明的制造方法中,不限定于图1,可以从图1中简化或省略掉干燥工序以后的至少一部分工序。该简化的制造工序的流程图示于图2。针对图2的详情如后所述。
以下,适当参照附图,针对各工序进行详细说明。
〔2-1〕单体水溶液的制备工序
本工序是制备包含以含酸基的不饱和单体作为主成分的水溶液(以下称为“单体水溶液”)的工序。需要说明的是,也可以在所得吸水性树脂的吸水性能不会降低的范围内使用单体的浆料液(超过单体饱和浓度的分散液),但本项中为了方便而针对单体水溶液进行说明。
此外,上述“主成分”是指:相对于向吸水性树脂的聚合反应供给的单体(不包括内部交联剂)总体,含酸基的不饱和单体的用量(含量)通常为50摩尔%以上、优选为70摩尔%以上、更优选为90摩尔%以上(上限为100摩尔%)。
(含酸基的不饱和单体)
本发明中规定的酸基没有特别限定,可例示出羧基、磺基、磷酸基等。作为该含酸基的不饱和单体的例子,可列举出(甲基)丙烯酸、马来酸(酐)、衣康酸、肉桂酸、乙烯基磺酸、烯丙基甲苯磺酸、乙烯基甲苯磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基乙磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙磺酸、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯磷酸酯等。从吸水性能的观点出发,优选为(甲基)丙烯酸、马来酸(酐)、衣康酸、肉桂酸,更优选为(甲基)丙烯酸。
(除含酸基的不饱和单体之外的单体)
作为除含酸基的不饱和单体之外的单体,只要是能够发生聚合而形成吸水性树脂的化合物即可。可列举出例如(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺等含酰胺基的不饱和单体;(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基丙酯、N,N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺等含氨基的不饱和单体;含巯基的不饱和单体;含酚性羟基的不饱和单体;N-乙烯基吡咯烷酮等含内酰胺基的不饱和单体等。
(阻聚剂)
从聚合稳定性出发,聚合所使用的单体优选包含少量的阻聚剂。优选的阻聚剂为对甲氧基苯酚。单体(尤其是丙烯酸及其盐)中包含的阻聚剂的量通常为1ppm~250ppm、优选为10ppm~160ppm、更优选为20ppm~80ppm。
(中和盐)
本发明中,可以使用含酸基的不饱和单体所包含的一部分或全部酸基被中和的中和盐。此时,作为含酸基的不饱和单体的盐,优选其与一价阳离子的盐,更优选为选自碱金属盐、铵盐和胺盐中的至少1种,进一步优选为碱金属盐,更进一步优选为选自钠盐、锂盐和钾盐中的至少1种,特别优选为钠盐。
(碱性物质)
作为为了中和上述含酸基的不饱和单体而使用的中和剂,没有特别限定,可适当选择并使用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸铵等无机盐;具有氨基、亚氨基的胺系有机化合物等碱性物质。作为中和剂,可组合使用两种以上的碱性物质。需要说明的是,本发明中的单体只要没有特别记载则是包括中和盐在内的概念。
(中和率)
从吸水性能的观点出发,相对于含酸基的不饱和单体及其中和盐的总摩尔数的中和盐的摩尔数(以下称为“中和率”)优选为40摩尔%以上、更优选为40摩尔%~80摩尔%、进一步优选为45摩尔%~78摩尔%、特别优选为50摩尔%~75摩尔%。
作为调整上述中和率的方法,可列举出:将含酸基的不饱和单体与其中和盐进行混合的方法;向含酸基的不饱和单体中添加公知中和剂的方法;使用预先调整至规定中和率的含酸基的不饱和单体的部分中和盐(即,含酸基的不饱和单体与其中和盐的混合物)的方法等。此外,这些方法可以进行组合。
上述中和率的调整可以在含酸基的不饱和单体的聚合反应开始前进行,也可以在含酸基的不饱和单体的聚合反应中进行,还可以对于在含酸基的不饱和单体的聚合反应结束后得到的含水凝胶状交联聚合物进行。此外,可以选择聚合反应开始前、聚合反应中或聚合反应结束后的任一阶段来调整中和率,也可以分多个阶段来调整中和率。需要说明的是,在纸尿布等吸收性物品等有可能直接接触人体的用途中,优选在聚合反应的开始前和/或聚合反应的期间中、更优选在聚合反应的开始前调整中和率即可。
(内部交联剂)
在吸水性树脂粉末的制造方法中,优选使用内部交联剂。通过该内部交联剂来调整所得吸水性树脂的吸水性能、吸水时的凝胶强度等。
作为上述内部交联剂,只要在1分子内具有合计2个以上的不饱和键或反应性官能团即可。例如,作为在分子内具有多个(能够与单体共聚的)聚合性不饱和基团的内部交联剂,可列举出N,N-亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油(甲基)丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、环氧乙烷改性三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、磷酸三烯丙酯等。作为在分子内具有多个(能够与单体的官能团(例如羧基)发生反应的)反应性官能团的内部交联剂,可列举出三烯丙胺、聚烯丙氧基烷烃、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、1,4-丁二醇、季戊四醇、乙二胺、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、聚乙烯亚胺等(需要说明的是,此处的碳酸亚乙酯等环状碳酸酯是通过与羧基的反应而进一步生成官能团OH的交联剂)。此外,作为在分子内具有聚合性不饱和基团和反应性官能团的内部交联剂,可列举出(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等。这些之中,可组合使用2种以上。
这些内部交联剂之中,从本发明的效果方面出发,优选为分子内具有多个聚合不饱和基团的化合物,更优选为分子内具有(聚)亚烷基结构单元的化合物,进一步优选为具有聚乙二醇结构单元的化合物,特别优选为具有聚乙二醇结构单元的丙烯酸酯化合物。使用这些内部交联剂而得到的含水凝胶在干燥初期的吸水倍率低,粘合性低。将该粘合性低的含水凝胶进行搅拌干燥时,能够降低干燥时的融合、聚集,故而优选。进而,使用这些内部交联剂而得到的含水凝胶能够获得吸水倍率容易因干燥而提高的效果。
上述内部交联剂的用量根据单体和内部交联剂的种类等来适当设定。从所得吸水性树脂的凝胶强度的观点出发,相对于单体,优选为0.001摩尔%以上、更优选为0.005摩尔%以上、进一步优选为0.01摩尔%以上。此外,从吸水性树脂的吸水性能提高的观点出发,优选为5摩尔%以下、更优选为2摩尔%以下。需要说明的是,在单体的自交联反应有效的聚合条件下,可以不使用上述内部交联剂。
(其它物质)
本发明所述的制造方法中,也可以在实现本发明目的的范围内,向单体水溶液中添加以下例示的物质(以下称为“其它物质”)。
作为其它物质的具体例,可列举出硫醇类、硫醇酸类、仲醇类、胺类、次磷酸盐类等链转移剂;碳酸盐、碳酸氢盐、偶氮化合物、气泡等发泡剂;乙二胺四(亚甲基次膦酸)或其金属盐、乙二胺4乙酸或其金属盐、二乙烯三胺五乙酸或其金属盐等螯合剂;聚丙烯酸(盐)和它们的交联体(例如由吸水性树脂制成的微粉)、淀粉、纤维素、淀粉-纤维素衍生物、聚乙烯醇等亲水性高分子等。其它物质可以单独使用,也可以组合使用2种以上。
其它物质的用量没有特别限定,作为其它物质的总浓度,相对于单体优选为10质量%以下、更优选为0.001质量%~5质量%、特别优选为0.01质量%~1质量%。此外,在回收至本工序中的情况下,后述微粉造粒物的量相对于单体优选为30质量%以下。需要说明的是,回收至本工序中的微粉造粒物可以未经表面交联,也可以进行了表面交联。
(单体水溶液中的单体浓度)
本工序中,从吸水性树脂的物性和生产率的观点出发,单体水溶液中的单体浓度(=单体总量/(单体总量+聚合溶剂总量(通常为水))优选为10质量%~90质量%、更优选为20质量%~80质量%、进一步优选为30质量%~70质量%、特别优选为40质量%~60质量%。以下,有时将单体浓度称为“单体浓度”。
(聚合引发剂)
本发明中使用的聚合引发剂根据聚合形态等来适当选择,因此没有特别限定,可列举出例如热分解型聚合引发剂、光分解型聚合引发剂或它们的并用、或者与促进聚合引发剂分解的还原剂组合使用的氧化还原系聚合引发剂等。具体而言,可以使用美国专利第7265190号公开的聚合引发剂之中的1种或2种以上。需要说明的是,从聚合引发剂的处理性、吸水性树脂的物性的观点出发,优选使用过氧化物或偶氮化合物,更优选使用过氧化物,进一步优选使用过硫酸盐。
该聚合引发剂的用量相对于单体优选为0.001摩尔%~1摩尔%、更优选为0.001摩尔%~0.5摩尔%。此外,根据需要而进行氧化还原聚合时,与氧化剂组合使用的该还原剂的用量相对于单体优选为0.0001摩尔%~0.02摩尔%。
(溶解氧量)
需要说明的是,还优选通过升温或者用非活性气体进行置换来降低聚合前的单体水溶液中的溶解氧。例如,溶解氧优选降低至5ppm以下、更优选降低至3ppm以下、特别优选降低至1ppm以下。
此外,也可以使气泡(尤其是上述非活性气体等)分散至单体水溶液中。此时,在聚合反应中呈现发泡聚合。
〔2-2〕聚合工序
本工序是将前述单体水溶液聚合而得到含水凝胶状交联聚合物(以下有时称为“含水凝胶”)的工序。
需要说明的是,除了通过添加上述聚合引发剂来进行聚合反应的方法之外,还有照射辐射线、电子射线、紫外线等活性能量射线的方法。此外,也可以在添加聚合引发剂的基础上,组合使用活性能量射线的照射。
(聚合形态)
作为聚合形态,没有特别限定。从吸水性能、聚合控制容易性等观点出发,可列举出:优选为气相中的液滴聚合、水溶液聚合、反相悬浮聚合(此处,在疏水性有机溶剂中的液滴聚合也包括在反相悬浮的一例中),更优选为水溶液聚合、反相悬浮聚合,进一步优选为水溶液聚合。其中,特别优选为连续水溶液聚合,作为其例子,可列举出连续带式聚合、连续捏合机聚合。通过采用连续水溶液聚合,从而使吸水性树脂的生产效率提高。
此外,作为上述连续水溶液聚合的优选形态,可列举出“高温开始聚合”、“高浓度聚合”。“高温开始聚合”是指在单体水溶液的温度优选为30℃以上、更优选为35℃以上、进一步优选为40℃以上、特别优选为50℃以上(上限为沸点)下开始聚合的形态,“高浓度聚合”是指在单体浓度优选为30质量%以上、更优选为35质量%以上、进一步优选为40质量%以上、特别优选为45质量%以上(上限为饱和浓度)的条件下进行聚合的形态。也可以组合使用这些聚合形态。
需要说明的是,对于气相中的液滴聚合而言,也可以在空气气氛下进行聚合,但从所得吸水性树脂的色相的观点出发,优选在氮气、氩气等非活性气体气氛下进行聚合。此时,例如优选将气相中的氧气浓度控制至1体积%以下。
(含水凝胶的聚合率)
从抑制通过后续的凝胶粉碎工序而得到的颗粒状含水凝胶状交联聚合物在干燥中的聚集、降低所得吸水性树脂中的残留单体的观点出发,通过聚合工序而得到的含水凝胶状交联聚合物的聚合率优选为90质量%以上、更优选为95质量%以上、进一步优选为98质量%以上、特别优选为99质量%以上。若在聚合工序后将聚合率低的含水凝胶粉碎而以包含大量未反应单体的状态来实施干燥工序,则有时在干燥中聚合反应进行,由粒径小的凝胶颗粒再生或副产出粒径大的凝胶颗粒。此外,在与聚合同时进行凝胶粉碎的实施方式中,经粉碎的凝胶颗粒中大量包含的未反应单体在干燥中发生聚合,将已粉碎的凝胶颗粒彼此粘接,因此,有时在干燥中再生或副产出粒径大的凝胶颗粒。进而,将后述微粉造粒物回收至凝胶粉碎工序或聚合工序时,有可能因与聚合率低的含水凝胶颗粒的粘接而发生大颗粒化。由于该粒径大的凝胶颗粒而发生所得吸水性树脂的吸水速度的降低、干燥物的大颗粒化、因再粉碎至目标制品粒度而产生微粉等问题。为了避免该问题,优选将含水凝胶的聚合率设为上述范围。
含水凝胶的聚合率的上限没有特别限定,100质量%是理想的,但高聚合率需要较长的聚合时间、严格的聚合条件,有时也会招致生产率、物性方面的降低,上限为99.95质量%、进而为99.9质量%、通常为99.8质量%左右即为充分。代表而言,为98~99.99质量%。
(含水凝胶的物性)
通过聚合工序而得到的含水凝胶状交联聚合物的CRC(离心分离机保持容量)按照固体成分换算优选为5g/g~80g/g、更优选为10g/g~50g/g、进一步优选为15g/g~45g/g、特别优选为20g/g~40g/g。此外,通过聚合工序而得到的含水凝胶状交联聚合物的水可溶成分按照固体成分换算优选为1质量%~20质量%、更优选为2质量%~15质量%、进一步优选为3质量%~10质量%。需要说明的是,固体成分换算是指用含水凝胶测定CRC、水可溶成分等各物性后,换算成含水凝胶中的单位吸水性树脂固体成分的物性而得的物性(例如,若为含水率50%(固体成分为50%)的含水凝胶,则换算成含水凝胶时的物性测定值×2倍)。
CRC和/或水可溶成分超过上述范围时,在后述粉碎工序中进行了粉碎的含水凝胶颗粒表现出粘合性,颗粒状含水凝胶的流动性降低。由此,发生已细粒化的含水凝胶颗粒彼此的附着、所回收的微粉造粒物彼此的粘接或者含水凝胶颗粒与微粉造粒物的粘接等,发生吸水速度的降低、干燥物的大颗粒化、因再粉碎而产生微粉等问题,故不优选。此外,低于上述范围时,所得吸水性树脂的吸水倍率过度降低或难以控制聚合条件,故不优选。
〔2-3〕凝胶粉碎工序
本工序是将通过上述聚合工序而得到的含水凝胶状交联聚合物在聚合的同时和/或聚合后进行粉碎而得到颗粒状含水凝胶状交联聚合物(以下记作“颗粒状含水凝胶”)的工序。为了获得规定粒径的颗粒状含水凝胶,可以将本工序实施2次以上。此外,如反相悬浮聚合或气相聚合那样地,通过聚合工序而获得目标粒度的颗粒状含水凝胶的情况下,可以不实施本工序。此外,在必要的情况下,可以在聚合工序后且凝胶粉碎工序前使用辊切割机、闸刀切割机等,将含水凝胶状交联聚合物切割或粗碎至能够投入至凝胶粉碎装置中的大小的细切工序。尤其是,在聚合工序为带式聚合且获得片状或块状的含水凝胶的情况下,优选实施细切工序。将后述微粉造粒物回收至凝胶粉碎工序中的情况下,含水凝胶状交联聚合物与微粉造粒物依次或同时投入至凝胶粉碎装置中。
(凝胶粉碎装置)
本发明的制造方法中,只要不损害吸水性能且获得规定粒度的颗粒状含水凝胶,凝胶粉碎装置的种类就没有特别限定。可列举出例如间歇式或连续式的双腕型捏合机等具备多个旋转搅拌叶片的凝胶粉碎机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、碎肉机等。
(含水凝胶的温度)
凝胶粉碎前的含水凝胶状交联聚合物的温度T1优选为50℃以上。该温度T1利用在凝胶粉碎装置的投入口设置的温度计来测定。通过将温度T1设为50℃以上,从而防止经凝胶粉碎的含水凝胶颗粒彼此的附着。进而,将后述微粉造粒物回收至本工序的情况下,由微粉造粒物彼此的粘接或者含水凝胶颗粒与微粉造粒物的粘接导致的大颗粒化受到抑制。从该观点出发,温度T1更优选为60℃以上,进一步优选为70℃以上,特别优选为80℃以上。从抑制过度干燥的观点出发,温度T1优选为130℃以下,更优选为110℃以下,特别优选为105℃以下。
(含水凝胶的固体成分率)
供给至凝胶粉碎工序的含水凝胶的固体成分率(以下记作凝胶固体成分率)优选为25质量%以上。从抑制凝胶粉碎后的含水凝胶颗粒彼此的聚集、防止所回收的微粉造粒物的粘接、粉碎所需的能量、干燥效率和吸收性能的观点出发,凝胶固体成分率更优选为25质量%~75质量%,进一步优选为30质量%~70质量%,更进一步优选为35质量%~65质量%,尤其是特别优选为40质量%~60质量%。凝胶固体成分率通过后述实施例中记载的方法来测定。
(凝胶流动化剂)
本发明所述的制造方法中,可以在凝胶粉碎工序前和/或凝胶粉碎工序中添加凝胶流动化剂。通过添加凝胶流动化剂,后述干燥工序中的含水凝胶颗粒彼此的附着或者与所回收的微粉造粒物的粘接受到抑制,所得吸水性树脂的吸水速度提高。此外,后述干燥后的粉碎工序中的负担得以降低,微粉产生量减少。进而具有如下的效果:在干燥工序中进行搅拌干燥时,得到接近制品粒度的颗粒状的干燥聚合物。需要说明的是,在不需要凝胶粉碎工序的实施方式中,通过在干燥工序前向颗粒状含水凝胶中添加凝胶流动化剂,也可得到上述效果。
作为该凝胶流动化剂的例子,可列举出阴离子性、阳离子性、非离子性和两性的表面活性剂、这些低分子型和高分子型表面活性剂、以及高分子润滑剂。高分子润滑剂是特定的非离子性表面活性剂的别名,作为其例子,可例示出聚环氧烷烃及其马来酸酐改性物等。也可以将表面活性剂(尤其是非高分子表面活性剂)与高分子润滑剂组合使用。作为凝胶流动化剂,可以使用后述粘接控制剂。
凝胶流动化剂的种类和添加量可考虑凝胶粉碎工序和干燥工序中的颗粒状含水凝胶的流动性等来适当调整。作为凝胶流动化剂而使用表面活性剂时,其添加量相对于含水凝胶的固体成分优选为0.001质量%~0.5质量%、更优选为0.01质量%~0.3质量%、进一步优选为0.02质量%~0.2质量%。将表面活性剂(尤其是非高分子表面活性剂)与高分子润滑剂组合使用时,其合计添加量优选为1.0质量%以下、更优选为0.5质量%以下,且优选为0.05质量%以上、特别优选为0.1质量%以上。
(颗粒状含水凝胶的含水率)
颗粒状含水凝胶的含水率(%)通过下述实施例的(h)中记载的测定方法(含水凝胶的含水率:180℃、24小时时的干燥减量)来求出。此外,含水率(%)=100-固体成分(%)。从抑制后述干燥工序中的含水凝胶颗粒彼此的附着或者防止与所回收的微粉造粒物的粘接以及造粒强度的观点出发,颗粒状含水凝胶的含水率通常为15质量%以上、优选为25质量%以上、更优选为30质量%以上、进一步优选为35质量%以上、特别优选为40质量%以上、极其优选为43质量%以上。从干燥效率和吸收性能的观点出发,颗粒状含水凝胶的含水率优选为75质量%以下,更优选为60质量%以下,特别优选为55质量%以下。
(颗粒状含水凝胶的粒度)
从所得吸水性树脂的吸水速度和粒径、以及抑制在粉碎时产生微粉的观点出发,干燥前的颗粒状含水凝胶交联聚合物的质均粒径d1按照固体成分换算优选为800μm以下、更优选为500μm以下、进一步优选为50μm~500μm、更进一步优选为100μm~400μm、特别优选为100~300μm、极其优选为100~200μm。需要说明的是,固体成分换算的颗粒状含水凝胶的平均粒径d1通过下述实施例中记载的方法(i)(颗粒状含水凝胶的粒度:含水凝胶的湿式分级),由颗粒状含水凝胶的质均粒径(D50)来算出。
此外,颗粒状含水凝胶的粒度落入小于150μm的范围的凝胶按照固体成分换算优选为10质量%以上、更优选为25质量%以上、进一步优选为40质量%以上。此外,颗粒状含水凝胶的粒度落入小于1100μm的范围的凝胶按照固体成分换算优选为80质量%以上、更优选为85%质量以上、进一步优选为90质量%以上、特别优选为95质量%以上、上限为100质量%。粒度分布的对数标准偏差(σζ)优选为0.2~1.0、更优选为0.2~0.8、进一步优选为0.2~0.7。通过该粒径能够获得吸水速度更高的吸水性树脂粉末。
(颗粒状含水凝胶的物性)
干燥前的颗粒状含水凝胶的CRC(离心分离机保持容量)按照固体成分换算(通过后述测定方法来规定)优选为5g/g~80g/g、更优选为10g/g~50g/g、进一步优选为15g/g~45g/g、特别优选为20g/g~40g/g。此外,干燥前的颗粒状含水凝胶的水可溶成分(Ext)按照固体成分换算(通过后述测定方法来规定)优选为1质量%~15质量%、更优选为2质量%~10质量%、进一步优选为3质量%~5质量%。颗粒状含水凝胶的CRC和/或水可溶成分超过上述范围时,尤其在搅拌干燥时,含水凝胶颗粒彼此或者与所回收的微粉造粒物的粘接加剧,故不优选。此外,低于上述范围时,所得吸水性树脂的吸水倍率过度降低或难以控制聚合条件,故不优选。
〔2-4〕干燥工序
本工序是使颗粒状含水凝胶(优选包含凝胶流动化剂)干燥至期望的含水率而得到干燥聚合物、优选得到颗粒状干燥聚合物的工序。本发明所述的制造方法中,后述微粉造粒物被回收至该干燥工序或干燥工序以前的任意工序中。因此,详细而言,本工序是使颗粒状含水凝胶(优选包含凝胶流动化剂)与微粉造粒物的混合物干燥至期望含水率的工序。需要说明的是,供给至本工序的颗粒状含水凝胶不限定于历经凝胶粉碎工序而得到的凝胶,可通过例如反相悬浮聚合来获得。此外,通过本工序而得到的(颗粒状)干燥聚合物可以包含通过物理附着或化学附着多个颗粒而形成的造粒物(以下记作干燥造粒物)。
(颗粒状含水凝胶的温度)
从防止由颗粒状含水凝胶和微粉造粒物的粘接导致的大颗粒化的观点出发,将供给至干燥工序的颗粒状含水凝胶的温度T2控制至优选为50℃以上、更优选为60℃以上、进一步优选为70℃以上、特别优选为80℃以上、最优选为90℃以上。此外,从抑制被干燥物的着色、性能降低的观点出发,该温度T2优选为130℃以下、更优选为110℃以下、进一步优选为105℃以下。代表而言,该温度T2在材料层(颗粒状含水凝胶、干燥物)的中心部(例如,在材料厚度为10cm的情况下是5cm左右的位置)通过接触温度计来测定。
作为本发明的干燥工序中的干燥方法,没有特别限定,可适当使用静置干燥、搅拌干燥、流化床干燥等。此外,可采用加热干燥、热风干燥、减压干燥、红外线干燥、微波干燥、转筒干燥器干燥、与疏水性有机溶剂进行的共沸脱水干燥、使用了高温水蒸气的高湿干燥等各种干燥方法。从干燥效率的观点出发,优选为加热干燥或热风干燥,更优选为将被干燥物一边移动一边干燥的搅拌式加热干燥和/或流化床干燥。
(干燥装置)
作为干燥工序中使用的干燥装置,加热方法没有特别限定,可适当选择传热传导型干燥机、辐射传热型干燥机、热风传热型干燥机、感应加热型干燥机等中的1种或2种以上。可以是间歇式,也可以是连续式。此外,可以是直接加热式,也可以是间接加热式。可列举出例如通气带式、通气电路式、通气立式、平行流带式、通气槽式、通气搅拌式、通气旋转式、流化床式、气流式等的传热型干燥机。
在静置状态下使其干燥的带式等的情况下,由于得到大的堆状或块状的干燥物,因此,将其粉碎而加工成颗粒状的制品粒度(例如850~150μm)时,有时产生大量的微粉(尤其是小于150μm)。另一方面,如果使用具备使被干燥物在干燥机中流动的流动手段(例如干燥机所具备的搅拌叶片、干燥机自身的旋转)和1个或2个以上加热手段的搅拌干燥机,则能够获得颗粒状的干燥物(以下有时称为颗粒状干燥聚合物),故而优选,更优选为连续式的搅拌干燥机。
作为加热手段,没有特别限定,从干燥效率和降低热对于吸水性树脂造成的损伤的观点出发,优选为由基于对流传热的直接传热和/或基于从利用热介质加热后的干燥机的加热面(与被干燥物接触的面)传导的热的间接传热实现的加热手段。关于更优选的加热手段,对于直接传热而言是通气加热式,对于间接传热而言是外壁加热式、管状加热式。
搅拌方式和形态没有特别限定,只要是该干燥装置内的颗粒状含水凝胶和微粉造粒物因搅拌叶片、旋转圆筒等搅拌手段而流动的形态即可。本申请说明书中,将通过容纳被干燥物的圆筒型容器发生旋转而进行搅拌、换言之搅拌手段基于旋转圆筒的干燥机称为旋转型干燥机。本发明所述的制造方法中,例如,作为旋转型干燥机,可列举出旋转干燥器、旋转炉、管式干燥器等,作为未被分类为旋转型干燥机的连续搅拌干燥机,可列举出单螺杆或双螺杆的盘型干燥机、单螺杆或双螺杆的桨型干燥机等。具体而言,作为不是旋转型干燥机的连续搅拌干燥机,可以使用SOLID AIR(HOSOKAWA MICRON公司制)、CD干燥器(栗本铁工所公司制)、桨式干燥器(奈良机械制作所公司制),作为旋转型干燥机,可以使用蒸汽管干燥器(栗本铁工所公司制)、蒸汽管干燥器(宇部兴产机械公司制)、蒸汽管干燥器(月岛机械公司制)、蒸汽管干燥器(三井造船公司制)、旋转炉(栗本铁工所公司制)、旋转干燥器(大川原制作所公司制)等。
从降低对被干燥物造成的机械损伤的观点出发,优选的干燥装置是旋转型干燥机(基于容纳被干燥物并旋转的旋转容器(进而为圆筒容器,尤其是转筒等卧式圆筒容器)的干燥机)。从降低热损伤和机械损伤的观点出发,更优选为如下的旋转型干燥机:对于直接传热而言具有通气加热式的加热手段,对于间接传热而言具有选自外壁加热式和管状加热式中的1个或2个以上的加热手段。此外,在旋转型干燥机之中,如旋转炉那样地仅通过通气加热式来加热的情况下,例如,有时发生因通气而导致干燥物飞散、产生大量废气等问题。因而,作为旋转型干燥机,对于间接传热而言,优选为选自外壁加热式和管状加热式中的1个或2个以上的加热手段。进而,管状加热式中,通过使用多个加热管,能够增大干燥机内部的传热面积,因此能够高效地干燥,故而更优选。作为这种旋转型干燥机,可列举出带有加热管的旋转型干燥机。
例如,该带有加热管的旋转型干燥机在其内部具备容纳被干燥物且旋转的旋转容器(尤其是圆筒容器、进而是卧式圆筒容器)、以及位于该旋转容器的内部并沿着其轴向延伸且与该旋转容器一同旋转的多个加热管。该旋转型干燥机中,主要通过旋转容器的旋转以及与该旋转容器一同旋转的多个加热管的作用而使被干燥物在容器内流动,因此,机械损伤和热损伤少。由此,干燥工序中的微粉产生和物性劣化受到抑制。此外,在该干燥机中,通过来自加热管的间接传热而进行干燥,因此,存在如热风干燥(通气带式干燥机、通气加热式旋转炉)那样的飞散也少、还不需要大量的废气处理的优点。进而,在该干燥机中,通过增加加热管的数量而能够增大干燥机内部的传热面积。通过传热面积大而能够在短时间内干燥,且在装置内部的滞留时间也缩短,因此,热损伤进一步降低。
旋转型干燥机优选在其旋转容器的外周面具备加热手段或保温手段。在该干燥机中,通过旋转容器的旋转,容纳在其内部的颗粒状含水凝胶与微粉造粒物的混合物因与多个加热管的接触或者来自加热管的热传导而被加热。旋转容器内表面因多个加热管的辐射热等而也被加热,但根据需要,对于该混合物而言,内壁进一步因位于旋转容器外周面的加热手段或保温手段而被加热,因此,通过来自内壁的热传导而导致干燥时间被缩短。
旋转型干燥机优选在旋转容器的内部具备用于向容纳至该旋转容器的内容物中加入添加剂的添加手段。作为该添加手段的例子,可列举出喷雾装置。根据具有添加手段的旋转型干燥机,也可以向旋转容器所容纳的颗粒状含水凝胶与微粉造粒物的混合物中添加作为添加剂的表面添加剂并进行混合,在通过与多个加热管接触或热传导而进行加热处理的同时加以干燥。此时,通过一个工序来实施后述表面交联工序和干燥工序,因此,制造效率提高。
只要不损害本发明的目的,则旋转型干燥机可以在由旋转容器的旋转实现的内容物的搅拌的基础上,还具备使内容物流动的其它流动手段。作为该其它流动手段的例子,可列举出设置于旋转容器内表面的上刮板、搅拌叶片等。
只要可实现本发明的目的,则干燥工序中可使用的干燥机的数量可以仅为1台,也可以为2台以上的多个。可以将规格不同的多个干燥机组合使用。例如,可以将前述旋转型干燥机与未被分类于此的其它搅拌干燥机、被分类至材料输送型的带式干燥机等组合使用。优选包含至少1台搅拌干燥机,但组合的干燥机的种类和数量没有限定。
优选在干燥工序中使用具备向其内部导入气体的功能(优选为导入和排出气体的手段)的干燥机。作为导入和排出气体的手段,可列举出气体的导入口和排出口。气体作为载气而发挥作用,通过将干燥时产生的水蒸气等排出至装置外而促进干燥。进而,使用加热气体时,气体还作为热介质而起作用,进一步促进干燥。优选使用氮气、水蒸气、以及它们与空气的混合气体等。使用包含水蒸气的混合气体(以下也称为高湿混合气体)时,该装置内呈现低氧状态,干燥时的氧化、劣化受到抑制。作为其结果,能够实现吸水性树脂性能的提高和低着色。进而,能够抑制干燥中的颗粒状含水凝胶和微粉造粒物的聚集/块状化,故而优选。
干燥工序中,可以使用具备将其内部制成加压、常压或减压状态的功能的干燥机。制成加压状态时,可通过例如增加向干燥机中导入的载气来调整。与大气压相比的加压度优选超过0且为0.01kPa以下的微加压。此外,制成减压状态时,通过例如变更来自干燥机的排出气体(所导入的载气、干燥中产生的水蒸气等)的抽吸量来调整。与大气压相比的减压度优选超过0且为5kPa以下、更优选超过0且为2kPa以下、进一步优选为0.01~0.5kPa的微减压。通过将上述减压度设为上述范围内,能够高效地去除干燥时产生的水蒸气等,而不会过度地夺取干燥机内部的热量,因此,干燥时间得以短缩。此外,干燥工序中的颗粒状含水凝胶和微粉造粒物的聚集受到抑制。需要说明的是,“与大气压相比的加压度”和“与大气压相比的减压度”是指与大气压的压差,以其与大气压之差的绝对值的形式来表述。例如,以大气压为标准大气压(101.3kPa)计,与大气压相比的减压度为10kPa时,实际的气压为91.3kPa。
干燥工序中,通过将上述气体从一个部位或多个部位导入至干燥机中,可以调整该干燥机内部的气氛露点。优选主要根据投入至该干燥机中的颗粒状含水凝胶的含水率等来适当调整气氛露点。气氛露点在从该干燥机排气时进行测定,优选为60℃以上、更优选为65℃以上、进一步优选为70℃以上。上限没有特别限定,优选为100℃以下。通过将该露点设为上述范围,从而促进干燥,且所得(颗粒状)干燥聚合物的含水率被调整至规定范围,吸水性能提高。
干燥条件根据干燥机的种类、颗粒状含水凝胶等的含水率来适当选择,干燥温度(材料温度或热介质温度)优选为100℃~300℃,更优选为150℃~250℃,进一步优选为160℃~220℃,特别优选为170℃~200℃。小于上述范围时,干燥时间变得过长,故而不经济。超过上述范围时,所得吸水性树脂发生物性劣化、显著的着色,故不优选。此外,干燥时间优选为1分钟~10小时、更优选为5分钟~2小时、进一步优选为10分钟~120分钟、特别优选为20分钟~60分钟。小于上述范围时,需要过度提高干燥温度,吸水性树脂发生物性劣化、显著的着色,故不优选。超过上述范围时,干燥装置巨大化或处理量降低,故而不经济。
本发明所述的制造方法中,从干燥效率的观点出发,干燥装置为旋转型干燥机时,其弗鲁德准数(Fr=ω2*r/g)根据装置尺寸、干燥处理量(单位时间的干燥量)来适当设定,优选为0.001~1、更优选为0.005~0.5、进一步优选为0.01~0.3、特别优选为0.02~0.2的范围。弗鲁德准数Fr是指作用于在旋转容器中搅拌的被干燥物的离心加速度ω2*r相对于重力加速度g的比值。(ω为旋转体的角速度:rad/sec,r为旋转体的代表半径:m)。
此外,在具有利用具备臂、叶片、桨、切盘(CD)等搅拌叶片的旋转轴来搅拌被干燥物的搅拌手段的搅拌干燥机的情况下,其旋转轴的转速根据装置来适当设定,优选以弗鲁德准数Fr处于上述范围内的方式设定转速。作为具体的转速,通常为1rpm~10000rpm、更优选为5~500rpm、进一步优选为10~300rpm的范围。
此外,由下述(式1)定义的搅拌叶片的圆周速度(V)根据装置来适当设定,通常为0.15m/s~25m/s。
圆周速度(V)(m/s)=2πr×n/60···(式1)
此处,(式1)中,V为搅拌叶片的圆周速度(单位;m/s)、r为搅拌叶片的径(单位;m)、n为每单位时间的搅拌叶片的转数(单位;rpm)。
在容纳被干燥物的容器自身为旋转的旋转型搅拌机的情况下,其容器的转速根据装置尺寸、干燥处理量(单位时间的干燥量)来适当设定,优选为1rpm~250rpm、更优选为1rpm~100rpm、进一步优选为2rpm~50rpm。此外,作为最大圆周速度,没有特别限定,优选为0.05m/s~10m/s、更优选为0.1m/s~8m/s、进一步优选为0.15m/s~5m/s。
此外,旋转型干燥机中的填充率(容纳物的填充容积(m3)相对于旋转容器的有效容积(m3)的比值)可适当选择,从热处理效率的观点出发,优选为5%~95%、更优选为6%~50%、进一步优选为10%~40%的范围。
进而,使用旋转型干燥机时,为了高效地对旋转容器的内容物进行传热,优选增大相对于其内容积的传热面积。相对于其内容积的传热面积以传热面积(m2)相对于旋转容器的有效容积(m3)的比值(传热面积/有效容积)的形式来定义。该比值越大,则传热效率越会提高,内容物的升温速度变得越快。其结果,干燥时间得以缩短,因此,热损伤和机械损伤降低,且生产率提高。该比值根据干燥机的规格、形态、内容物的形状等来适当设定,优选为10m-1以上、更优选为12m-1、进一步优选为15m-1以上。需要说明的是,有效容积是指容纳内容物的旋转容器的内容积,传热面积是指能够对容纳至旋转容器中的内容物施加热量的加热面的面积。具体而言,多个加热管的外周面的面积与旋转容器的内周面的面积之和为传热面积。
(添加剂)
作为在干燥工序中使用的添加剂的例子,除了前述凝胶流动化剂(表面活性剂、高分子润滑剂等)之外,还可列举出后述表面交联剂(后交联剂)。通过在干燥前、进而在干燥过程中添加表面交联剂,从而能够降低搅拌干燥时的附着,进而,还显示出通常在干燥后的表面交联效果(例如加压下吸水倍率的提高),因此,可获得还能够省略干燥工序后的表面交联工序的优点。
(干燥聚合物的物性)
(颗粒状)干燥聚合物的水可溶成分(Ext)优选大于干燥前的颗粒状含水凝胶的水可溶成分。按照(颗粒状)干燥聚合物的水可溶成分以固体成分换算优选增加+0.5质量%以上、更优选以+1~20质量%的范围来增加、进一步优选以+2~10质量%的范围来增加的方式,调整含水凝胶的交联密度(尤其是内部交联剂的种类、量)、加热干燥条件等。
通过使(颗粒状)干燥聚合物的水可溶成分增加得多于颗粒状含水凝胶,干燥后的吸水倍率会提高。由此,能够防止干燥中的附着、聚集,故而优选。所得(颗粒状)干燥聚合物的水可溶成分优选为50质量%以下、更优选为25质量%以下、进一步优选为20质量%以下、特别优选为15质量%以下。
〔2-5〕表面交联工序
本工序是在由吸水性树脂制成的颗粒的表层部(距离颗粒表面为几十μm左右深的区域)进行交联反应的工序。典型而言,本工序包括:向颗粒状的含水凝胶或干燥聚合物中添加与吸水性树脂的官能团(尤其是羧基)发生反应的表面交联剂的表面交联剂添加工序、以及将包含该表面交联剂的颗粒状的含水凝胶或干燥聚合物进行加热处理的热处理工序,优选在热处理工序后包括冷却工序。此外,在必要的情况下,在干燥工序后且表面交联工序前实施在〔2-7〕中后续说明的整粒工序,从而制成优选粒度的颗粒状干燥聚合物。例如,在干燥工序中进行静置干燥时,所得干燥聚合物中包含较大的聚集物,因此,优选在表面交联工序前实施整粒工序。
〔2-5-1〕表面交联剂添加工序
本工序是向颗粒状含水凝胶和/或颗粒状干燥聚合物中添加表面交联剂的工序。对于干燥前或干燥过程中的颗粒状含水凝胶或者干燥后或整粒后的颗粒状干燥聚合物添加表面交联剂。颗粒状含水凝胶和/或颗粒状干燥聚合物可以包含后述微粉造粒物。
通过凝胶粉碎工序而得到的颗粒状含水凝胶在干燥过程中供于表面交联工序时,添加表面交联剂时的颗粒状含水凝胶的含水率优选为10~50质量%、更优选为15~45质量%、进一步优选为20~40质量%的范围。通过以该范围添加表面交联剂,从而降低干燥时的过度聚集、附着。进而,通过在干燥工序后实施表面交联工序而得到的提高加压下吸收倍率的效果在与干燥同时进行表面交联的情况下也得到发挥,故而优选。这样地与干燥同时进行表面交联时,能够省略干燥工序后的表面交联工序和整粒工序,因此,能够大幅简化制造工序。进而,实质上也不会发生在另行所需的表面交联工序、运输工序中对于吸水性树脂造成的工艺损伤所引起的微粉产生、表面交联结构的破损,故而优选。
此外,在干燥工序后另行实施表面交联工序时,添加表面交联剂时的(颗粒状)干燥聚合物的固体成分率优选为80质量%以上、更优选为85质量%~99.8质量%、进一步优选为90质量%~99.7质量%、更进一步优选为92质量%~99.5质量%、特别优选为96质量%~99.5质量%、极其优选为98质量%~99.5质量%。
在干燥工序后供于表面交联工序的吸水性树脂的温度、即添加表面交联剂时的(颗粒状)干燥聚合物的温度优选为40~120℃,更优选为60~100℃。此外,与干燥同时进行表面交联时,干燥过程中的吸水性树脂的温度、即添加表面交联剂时的颗粒状含水凝胶的温度优选为70~150℃、更优选为80~130℃的范围。该温度与在干燥工序中如上所述的凝胶温度同样测定。
(表面交联剂)
作为上述表面交联剂,可使用能够与吸水性树脂的多个官能团(优选为多个羧基)发生反应的表面交联剂,优选使用能够形成共价键或离子键的表面交联剂,进一步优选使用能够形成共价键的表面交联剂。具体而言,可列举出乙二醇、二乙二醇、丙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、聚丙二醇、甘油、聚甘油、2-丁烯-1,4-二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-环己烷二甲醇、1,2-环己醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、聚氧丙烯、氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物、季戊四醇、山梨糖醇等多元醇化合物;乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、甘油聚缩水甘油醚、二甘油聚缩水甘油醚、聚甘油聚缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇聚缩水甘油醚、缩水甘油、山梨糖醇聚缩水甘油醚、季戊四醇聚缩水甘油醚、三羟甲基丙烷聚缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚等环氧化合物;乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、聚乙烯亚胺等多胺化合物和它们的无机盐或有机盐;2,4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等多异氰酸酯化合物;聚氮丙啶等氮丙啶化合物;1,2-亚乙基双噁唑啉、双噁唑啉、聚噁唑啉等多噁唑啉化合物;脲、硫脲、胍、双氰胺、2-噁唑啉酮等碳酸衍生物;1,3-二氧戊环-2-酮、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,5-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-羟基甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、1,3-二噁烷-2-酮、4-甲基-1,3-二噁烷-2-酮、4,6-二甲基-1,3-二噁烷-2-酮、1,3-二氧戊环-2-酮等亚烷基碳酸酯化合物;表氯醇、表溴醇、α-甲基表氯醇等卤代环氧化合物和它们的多胺加成物;氧杂环丁烷化合物;γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷等硅烷偶联剂;锌、钙、镁、铝、铁、锆等的氢氧化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐或碳酸盐等多价金属化合物等。这些之中,也可以组合使用2种以上。在上述表面交联剂之中,优选为选自多价金属离子、环氧系化合物、噁唑啉系化合物、亚烷基碳酸酯化合物中的1种或2种以上。
(表面交联剂溶液)
上述表面交联剂的添加量相对于颗粒状含水凝胶或颗粒状干燥聚合物以固体成分换算优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下。此外,作为下限值,优选为0.001质量%。
作为上述表面交联剂的添加形态,从添加容易度出发,优选以溶解于水或有机溶剂而得的溶液的形式来添加。该表面交联剂溶液的浓度优选为1质量%以上、更优选为2质量%以上。选自水和有机溶剂中的溶剂的总量相对于颗粒状含水凝胶或颗粒状干燥聚合物以固体成分换算优选为0~10质量%、更优选为0.1质量%~8质量%、进一步优选为0.5质量%~5质量%。将水与有机溶剂组合使用时,优选水为主成分。
〔2-5-2〕热处理工序
本工序是对包含表面交联剂的颗粒状含水凝胶或颗粒状干燥聚合物进行加热处理,从而得到经表面交联的干燥聚合物的工序。根据本发明所述的制造方法,包含表面交联剂的颗粒状含水凝胶或颗粒状干燥聚合物中有时包含后述微粉造粒物。
(表面交联温度)
通过将包含表面交联剂(根据情况,为微粉造粒物)的颗粒状含水凝胶或颗粒状干燥聚合物加热至100℃以上,从而得到经表面交联的干燥聚合物。该加热温度(表面交联温度)根据所添加的表面交联剂的种类来适当选择,从热处理效率的观点出发,优选为100℃~250℃、更优选为120℃~230℃、进一步优选为150℃~210℃。
(加热时间)
以上述表面交联温度进行加热处理的时间根据颗粒状含水凝胶或颗粒状干燥聚合物的含水率、表面交联剂的种类等来适当设定。作为大致的基准,只要加热至所得吸水性树脂粉末的含水率达到10质量%以下为止即可,作为时间,为10分钟~120分钟的范围,优选为30分钟~90分钟。
(加热形态)
只要实现本发明的目的,则热处理工序中使用的加热装置就没有特别限定,从难以发生加热不均的观点出发,适合使用基于固体-固体接触的传导传热形式且具有搅拌机构(以下有时称为搅拌型的间接加热式)。由于在热处理后得到经表面交联的颗粒状的干燥聚合物,因此,在干燥工序中如上所述的搅拌干燥机(优选为旋转型干燥机)也优选用作热处理工序的加热装置。例如,通过使用前述带有加热管的旋转型干燥机100,向颗粒状含水凝胶中添加作为添加剂48的表面交联剂并进行加热,从而同时实施干燥工序和表面交联工序,通过一个工序来获得调整至规定的含水率(固体成分率)且经表面交联的颗粒状干燥聚合物,故而优选。
〔2-6〕冷却工序
本发明所述的制造方法中,在前述干燥工序或热处理工序后且后述整粒工序前具有将(颗粒状)干燥聚合物或者经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物强制冷却而调整至期望温度的冷却工序。在前述干燥机100中通过一个工序来实施表面交联工序和干燥工序时,在旋转容器10中适当地进行表面交联处理,并且,在(颗粒状)干燥聚合物或者经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物的固体成分率或含水率调整至期望范围后且供给至整粒工序前,实施该冷却工序。
具体而言,与干燥工序后的(颗粒状)干燥聚合物和/或表面交联工序后的经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物的温度t℃相比,优选强制冷却至(t-20)℃以下、更优选强制冷却至(t-30)℃以下、进一步优选强制冷却至(t-40)℃以下。例如,在(颗粒状)干燥聚合物和/或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物的温度t为150~250℃的情况下,在供于整粒工序之前,将(颗粒状)干燥聚合物和/或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物强制冷却至优选为50~130℃、更优选为60~100℃、进一步优选为65~90℃。通过冷却至该温度范围,在整粒工序中解碎时的作业性和分级精度提高,所得吸水性树脂粉末的物性得以改善。
(冷却方法)
在冷却工序中,将(颗粒状)干燥聚合物和/或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物进行冷却的方法没有特别限定。优选使用具有通气传热式或传导传热式的冷却手段的连续冷却机。
可以将(颗粒状)干燥聚合物和/或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物在静置状态下进行冷却,也可以在搅拌状态下进行冷却。从(颗粒状)干燥聚合物和/或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物整体均等且快速冷却的观点出发,优选为材料搅拌型冷却机,更优选为连续式的材料搅拌型冷却机。可列举出例如直接传热的流化床冷却机。也可以是连续带式冷却机中的冷风冷却。
搅拌冷却可优选使用具有旋转轴的搅拌装置。例如,具有对被冷却物通入气流且将其冷却这一功能的混合机被广泛用作冷却机。只要可获得本发明的效果,则其气流方向没有特别限定,可以为上下,也可以为左右。作为这种冷却机的具体例,可列举出向旋转轴为水平且容器自身发生旋转的混合机(水平圆筒型、倾斜圆筒型、V型、双重圆锥型、正立方体形、S字形、连续V型等)、旋转轴为水平且容器自身被固定的混合机(螺带型、螺杆型、圆锥螺杆型、槽型搅拌型、高速流动形、旋转圆盘型、碾碎机型、桨型、旋转型、盘型等)等中通入气流来使用的冷却机。优选使用具备用于对作为被冷却物的吸水性树脂粉末进行搅拌的旋转搅拌叶片且通入有气流的容器固定型冷却机。这些冷却机可以是连续式,也可以是间歇方式,但优选为连续式。
〔2-7〕整粒工序
本工序是调整干燥聚合物或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物的粒度的工序。通过在表面交联工序后进行整粒工序,从而得到以高水准控制了粒径或粒度分布的吸水性树脂粉末。
整粒工序优选包括粉碎步骤和/或分级步骤。整粒工序更优选包括解碎步骤和/或分级步骤。优选为仅通过粉碎步骤或解碎步骤而得到粒径和粒度分布受控的吸水性树脂粉末的整粒工序,理想的是仅通过解碎步骤而得到粒径和粒度分布受控的吸水性树脂粉末的整粒工序。
粉碎步骤是例如将通过干燥工序或热处理工序而进行静置干燥时得到的块状的干燥聚合物或牢固聚集的颗粒状干燥聚合物用粉碎机粉碎而整合粒径的步骤。需要说明的是,该粉碎步骤在作为粉碎对象的干燥聚合物历经了干燥工序这一点上与前述凝胶粉碎工序不同。
作为粉碎步骤中使用的粉碎机,可例示出辊磨机、锤磨机、螺杆磨机、销磨机等高速旋转式粉碎机;振动磨机、转向节类型的粉碎机、圆筒型混合器等。其中,从粒度分布的控制容易度的观点出发,粉碎机优选为辊磨机。
解碎步骤是将历经干燥工序或热处理工序而松散聚集的(颗粒状)干燥聚合物用解碎机解碎而整合粒径的步骤。在解碎步骤中,可通过比前述粉碎步骤更弱的粉碎来整合粒径。
作为该解碎步骤中使用的解碎机,优选对(颗粒状)干燥聚合物或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物造成的机械损伤少的解碎机,具体而言,可列举出辊压造粒机(MATSUBO公司)、造粒机(栗本铁工所公司)、ROUNDEL MILL(德寿工作所公司)等。
分级步骤是使用分级机从(颗粒状)干燥聚合物、经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物、或者它们的粉碎物或解碎物中去除粗大颗粒和微粉的工序。作为分级步骤中使用的分级机,采用使用了筛网的振动式或摇动式的筛分级机。
通过该整粒工序的分级步骤而去除的粗大颗粒和微粉的大小根据作为最终制品的吸水剂的粒径和粒度来适当设定。粗大颗粒的粒径(用筛分级来规定)优选为2000μm以上,更优选为850μm以上。代表而言,微粉的质均粒径小于150μm,优选为10~150μm。
(干燥聚合物或经表面交联的干燥聚合物的粒度)
从降低微粉的观点出发,供于整粒工序的(颗粒状)干燥聚合物或经表面交联的(颗粒状)干燥聚合物的质均粒径d2优选为200μm以上,更优选为300μm以上,进一步优选为400μm以上,特别优选为500μm以上。从解碎步骤的效率化的观点出发,质均粒径d2优选为2000μm以下,进一步优选为1500μm以下、1000μm以下。
(吸水性树脂粉末的粒度)
从吸水性能的观点出发,历经整粒工序而得到的吸水性树脂粉末的质均粒径d3优选为200μm以上、更优选为200~600μm、进一步优选为250~550μm、特别优选为300~500μm。
从所得吸水剂的高品质化的观点出发,吸水性树脂粉末的主成分优选用筛分级来规定的粒径为150~850μm的颗粒。吸水性树脂粉末所包含的粒径150~850μm的颗粒的比例优选为90~100质量%、更优选为95~100质量%、进一步优选为97~100质量%、特别优选为99~100质量%。吸水性树脂粉末所包含的用筛分级来规定的粒径小于150μm和超过850μm的颗粒的比例均优选为10质量%以下,更优选为5质量%以下,进一步优选为3质量%以下,特别优选为1质量%。
〔2-8〕微粉造粒工序
本发明所述的制造方法中,作为必须工序而具有该微粉造粒工序。微粉造粒工序是指向由吸水性树脂制成的微粉中同时或分别添加作为粘结剂的水和粘接控制剂,从而得到微粉造粒物的工序,优选为添加粘接控制剂以及作为水分的液态水和水蒸气(气态水)而得到微粉造粒物(尤其是含水凝胶状微粉造粒物)的工序,更优选为添加包含粘接控制剂的水溶液和水蒸气而得到微粉造粒物的工序。本发明中,形成微粉的吸水性树脂可以进行了表面交联,也可以未经表面交联,还可以是它们的混合物(混合微粉)。即,在本工序中,微粉造粒物可以仅由经表面交联的微粉来获得,也可以仅由未经表面交联的微粉来获得,还可以是由包含经表面交联的微粉和未经表面交联的微粉的混合微粉获得的微粉造粒物。此外,还可以是将经表面交联的微粉和未经表面交联的微粉分别造粒,并将各自的造粒物进一步混合。本发明中,经表面交联的微粉与未经表面交联的微粉的使用比率(重量比)在0:100~100:0、进而在5:95~100:0、尤其在10:90~100:0的范围内适当决定。
微粉造粒物是指形成微粉的多个颗粒(以下称为微粉颗粒)的集合体,指的是通过物理附着或化学附着而形成的物质的微粉造粒物的形状、粒径可适当决定,通常以质均粒径计为0.1~10mm,按照其长宽比为1~10、进而为1~2左右的方式来适当决定。微粉造粒物通常通过将水分作为粘结剂,并附着多个微粉颗粒来获得。本发明所述的制造方法中,成为粘结剂的水分可以是固态水(冰),优选以水(液态水)或水蒸气(气态水)的形式添加至微粉中。此外,以水溶液的形式添加粘接控制剂时,作为其水溶液所包含的水,可以向微粉中添加水分。添加有水分的微粉颗粒经湿润而成为具有粘合性的含水凝胶颗粒。该制造方法中,粘接控制剂调整含水凝胶颗粒的粘合性的程度。通过添加粘接控制剂,含水凝胶颗粒彼此的过度附着受到抑制,得到粒度和造粒强度恰当的微粉造粒物。此外,以水蒸气的形式添加水分时,在短时间内均匀地被微粉吸收。作为其结果,微粉的湿润所需的总水分量得以降低,因此,将该微粉造粒物回收至干燥工序时的负担得以减轻。
(造粒装置)
本工序中使用的造粒方法只要能够获得颗粒状造粒物就没有特别限定,可适当使用搅拌造粒法、流化床造粒法、转动造粒法等、碎肉机等多孔板的挤出造粒等。此外,造粒方法可以为间歇式,也可以为连续式。从所得微粉造粒物的粒度和造粒效率的观点出发,优选为搅拌造粒法,更优选为连续式的搅拌造粒法。
只要能够获得规定的微粉造粒物,本工序中使用的造粒装置就没有特别限定。例如,通过搅拌造粒法来实施时,可使用连续式的搅拌装置。作为连续式搅拌装置,有立式和卧式,作为立式的连续式搅拌装置,可例示出螺旋销混合器(太平洋机工公司制)、连续喷射混合机和SHUGI式造粒系统(FUNKEN POWTECHS公司制)等,作为卧式的连续式搅拌装置,可例示出环状层混合器(Dreisberke公司制)和双螺杆混合器(List公司制)等。本发明所述的制造方法中,优选使用旋转圆盘型混合机,使由吸水性树脂制成的微粉粘结并造粒。更优选为具备用于将由吸水性树脂制成的微粉进行搅拌的叶轮(半径流型、混流型、斜流型、轴流型等)的圆盘型混合机。
造粒装置优选具备用于将粘接控制剂或包含粘接控制剂的水溶液、水、水蒸气等注入至装置内的喷嘴等。进而,在本发明所述的制造方法中,为了可顺利地进行水蒸气的供给,更优选为密闭性高且能够调整内部压力的造粒装置。
向造粒装置内注入粘接控制剂或包含粘接控制剂的水溶液、水、水蒸气等的条件可考虑注入方法和造粒装置的种类等,以得到期望的吸水性树脂粉末的方式来适当调整。没有特别限定,例如注入水蒸气时,向装置内注入的水蒸气的表压优选为0.1~2.0MPa、更优选为0.1~1.5MPa、进一步优选为0.1~0.8MPa。表压小于0.1MPa时,包含吸水性树脂的粉末的粘结和造粒需要长时间,有可能形成造粒强度低的造粒颗粒。表压超过2.0MPa时,吸水性树脂的性能有可能劣化。需要说明的是,针对蒸气压,按照至造粒装置附近保持为恒定的表压且在装置内部呈现压力释放的状态来使用。
此外,向造粒装置内注入粘接控制剂或包含粘接控制剂的水溶液、水、水蒸气等的注入口可以为1处,也可以为2处以上。
(微粉)
微粉优选包含以聚(甲基)丙烯酸(盐)系交联聚合物作为主成分的吸水性树脂。从所得吸水剂的吸水性能的观点出发,微粉中的聚(甲基)丙烯酸(盐)的含量优选为50摩尔%~100摩尔%、更优选为70摩尔%~100摩尔%、进一步优选为90摩尔%~100摩尔%。
聚(甲基)丙烯酸(盐)系交联聚合物可以未经中和,也可以进行了中和。优选为部分中和或完全中和的聚(甲基)丙烯酸(盐)系交联聚合物。更优选用碱金属盐或铵盐、更进一步优选用碱金属盐、特别优选用钠盐进行了中和的聚(甲基)丙烯酸(盐)系交联聚合物。
聚(甲基)丙烯酸(盐)系交联聚合物的中和率可通过公知的方法来适当调整,优选为40摩尔%以上、更优选为40摩尔%~80摩尔%、进一步优选为45摩尔%~78摩尔%、特别优选为50摩尔%~75摩尔%。
本发明所述的制造方法中,获得由吸水性树脂制成的微粉的方法没有特别限定。可以按照已知的制造方法和制造条件,以达到后述物性和粒度的方式制造由吸水性树脂制成的微粉。优选采取在前述整粒工序的分级步骤中被去除的微粉,并供于本工序。
(微粉的粒度)
从抑制微粉造粒物的大颗粒化的观点出发,由吸水性树脂制成的微粉的基于筛分级的质均粒径优选小于150μm,更优选为10~150μm、进一步优选为10~140μm。该微粉所包含的粒径小于150μm的颗粒的比例优选为70质量%以上、更优选为80质量%以上、进一步优选为90质量%以上,理想的是100质量%。
(微粉的固体成分率)
从流动性和混合性的观点出发,微粉的固体成分率优选为75质量%以上、更优选为80质量%以上、进一步优选为85质量%以上。从抑制在微粉造粒时产生粉尘的观点出发,微粉的固体成分率优选为99.9质量%以下、更优选为99.5质量%以下、进一步优选为99.0质量%以下。需要说明的是,微粉的固体成分率的测定方法在实施例中如后所述。
(微粉的物性)
由吸水性树脂制成的微粉的CRC(离心分离机保持容量)以固体成分换算优选为5~70g/g、更优选为10~60g/g、进一步优选为15~50g/g、特别优选为18~40g/g。此外,微粉的水可溶成分优选为2~50质量%、更优选为4~25质量%、进一步优选为6~20质量%。
CRC和/或水可溶成分超过上述范围时,有可能在微粉造粒工序中表现出过度的粘合性,形成大粒径的微粉造粒物。此外,低于上述范围时,难以与粘接控制剂均匀混合,故不优选。
(粘接控制剂)
粘接控制剂调整已湿润的微粉中的含水凝胶颗粒的粘合性。通过使用该粘接控制剂,从而得到粒度和造粒强度恰当的微粉造粒物。本工序中,只要具有调整含水凝胶颗粒的粘合性(优选为适当降低粘合性)的作用,粘接控制剂的种类就没有特别限定。粘接控制剂可以是与前述凝胶流动化剂相同的化合物,也可以不同。
作为粘接控制剂的例子,可列举出例如阴离子性、阳离子性、非离子性、两性的表面活性剂、以及它们的低分子型(非高分子)或高分子型的表面活性剂。
(表面活性剂)
具体而言,作为粘接控制剂所使用的表面活性剂,可例示出下述(1)~(4)。
(1)蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、脱水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯、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、烷基葡糖苷、N-烷基葡萄酰胺、聚氧乙烯脂肪酸酰胺、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醚的磷酸酯和聚氧乙烯烷基烯丙基醚的磷酸酯、高分子润滑剂等非离子性表面活性剂。
此处,作为高分子润滑剂的具体例,可列举出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、马来酸酐改性乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)、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、聚乙二醇之类的聚环氧烷烃等。这些重均分子量优选在200~200万、更优选在400~100万的范围内适当选择。
(2)辛基二甲基氨基乙酸甜菜碱、月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱、肉豆蔻基二甲基氨基乙酸甜菜碱、硬脂基二甲基氨基乙酸甜菜碱等烷基二甲基氨基乙酸甜菜碱;月桂酸酰胺丙基甜菜碱、椰油脂肪酸酰胺丙基甜菜碱、棕榈仁油脂肪酸氨基丙基甜菜碱等烷基酰胺丙基甜菜碱;月桂基羟基磺基甜菜碱等烷基羟基磺基甜菜碱;2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑鎓甜菜碱等烷基羧甲基羟乙基咪唑鎓甜菜碱等两性表面活性剂。
(3)月桂基氨基二乙酸单钠、月桂基氨基二乙酸钾、肉豆蔻基氨基二乙酸钠等烷基氨基二乙酸单碱金属等阴离子性表面活性剂。
(4)长链烷基二甲基氨基乙基季铵盐等阳离子性表面活性剂。
粘接控制剂优选为表面活性剂(尤其是非高分子表面活性剂),更优选为两性表面活性剂,特别优选为甜菜碱型两性表面活性剂。作为甜菜碱型两面活性剂的例子,可列举出烷基二甲基氨基乙酸甜菜碱(R1-N+(CH3)2-CH2COO-)、烷基酰胺丙基甜菜碱(R1-CO-NH(CH2)3-N+(CH3)2-CH2COO-)、烷基羟基磺基甜菜碱(R1-N+(CH3)2-CH2CH(OH)CH2SO3-)、烷基氨基二乙酸单碱金属、烷基羧甲基羟乙基咪唑鎓甜菜碱等。
作为烷基二甲基氨基乙酸甜菜碱的具体例,可列举出辛基二甲基氨基乙酸甜菜碱、月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱、肉豆蔻基二甲基氨基乙酸甜菜碱、硬脂基二甲基氨基乙酸甜菜碱等。从微粉造粒物的粒度和物性的观点出发,优选为辛基二甲基氨基乙酸甜菜碱、月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱或硬脂基二甲基氨基乙酸甜菜碱,更优选为月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱。
作为烷基酰胺丙基甜菜碱的具体例,可列举出月桂酸酰胺丙基甜菜碱、椰油脂肪酸酰胺丙基甜菜碱、棕榈仁油脂肪酸酰胺丙基甜菜碱等。从微粉造粒物的粒度和物性的观点出发,优选为月桂酸酰胺丙基甜菜碱或椰油脂肪酸酰胺丙基甜菜碱,更优选为月桂酸酰胺丙基甜菜碱。
作为烷基羟基磺基甜菜碱的具体例,可列举出月桂基羟基磺基甜菜碱等。从微粉造粒物的粒度和物性的观点出发,优选为月桂基羟基磺基甜菜碱。
作为烷基氨基二乙酸单碱金属的具体例,可列举出月桂基氨基二乙酸单钠、月桂基氨基二乙酸钾、肉豆蔻基氨基二乙酸钠等。从微粉造粒物的粒度和物性的观点出发,优选为月桂基氨基二乙酸单钠。
作为烷基羧甲基羟乙基咪唑鎓甜菜碱的具体例,可列举出2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑鎓甜菜碱。从微粉造粒物的粒度和物性的观点出发,优选为2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑鎓甜菜碱。
只要实现本发明的目的,则作为上述粘接控制剂,就可以使用单一化合物,也可以组合使用多种化合物。
(粘接控制剂的添加量)
粘接控制剂的添加量相对于由吸水性树脂制成的微粉的固体成分优选为0.001~2.0质量%、更优选为0.010~1.5质量%、进一步优选为0.020~1.0质量%、特别优选为0.025~0.8质量%。添加量过少时,降低微粉量的效果少,此外,过量添加存在造粒强度降低、制品的表面张力降低等可能性。需要说明的是,以水溶液的形式添加粘接控制剂时,将其有效成分的添加量设为上述范围内。此外,作为粘接控制剂而组合使用多种化合物时,只要其总量在上述范围内即可。通过以上述范围添加粘接控制剂,能够得到造粒强度和粒度恰当的微粉造粒物。作为其结果,将该微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序时,避免所得干燥物的大颗粒化,其后续工序中的微粉产生量得以降低。此外,在将通过吸水性树脂粉末的制造工序而产生的微粉供给至微粉造粒工序的实施方式中,随着微粉产生量的减少,回收至干燥工序等的微粉造粒物也减少,所得吸水性树脂粉末的物性提高。进而,还能够使干燥工序及之后的工序中的制造装置紧凑化。
(粘接控制剂添加方法)
如上所述,粘接控制剂优选以水溶液的形式添加至由吸水性树脂制成的微粉中。在微粉造粒工序中,包含该粘接控制剂的水溶液的水会使微粉湿润,作为将该微粉中包含的多个含水凝胶颗粒进行粘接的粘结剂而发挥作用。根据该水溶液中的粘接控制剂的浓度和水溶液形式的添加量来调整含水凝胶颗粒的粘合性的程度。
将粘接控制剂以水溶液的形式添加至微粉时,从造粒强度和抑制基于均一混合性的微粉造粒物的大颗粒化的观点出发,包含粘接控制剂的水溶液的浓度优选为0.001~40质量%、更优选为0.005~30质量%、进一步优选为0.010~20质量%、特别优选为0.050~15质量%。粘接控制剂在作为浓度已知的溶液而市售的情况下,可以在该浓度下直接使用,优选的是,可以使用通过稀释等而适当调整至期望范围内的溶液浓度而得的物质。
从造粒效率和造粒强度的观点出发,包含粘接控制剂的水溶液形式的添加量相对于微粉的固体成分通常为10质量%以上,优选为25质量%以上、更优选为40质量%以上、进一步优选为65质量%以上。从抑制微粉造粒物的大颗粒化的观点出发,该水溶液形式的添加量优选为230质量%以下、更优选为185质量%以下、进一步优选为150质量%以下。
只要不损害本发明的效果,则包含粘接控制剂的水溶液可以包含溶剂或作为稀释剂的亲水性有机溶剂。作为溶剂或稀释剂而同时使用水和亲水性有机溶剂时,溶剂或稀释剂中的水的比例优选为60质量%以上、更优选为80质量%以上、进一步优选为90质量%以上、理想的是100质量%。
(粘接控制剂或包含粘接控制剂的水溶液的温度)
从与由吸水性树脂制成的微粉的混合性的观点出发,粘接控制剂或包含粘接控制剂的水溶液的温度通常为0℃(进而为10℃、20℃)~沸点的范围,优选为30℃以上、更优选为40℃以上、进一步优选为45℃以上、特别优选为50℃以上。上限值没有特别限定,通常为水的沸点。需要说明的是,作为水分,通过在水溶液(液态水)中组合使用水蒸气(气态水),也可以将水溶液进一步加热。
(水蒸气)
本工序中,向微粉中同时添加粘接控制剂和水蒸气时,水蒸气会使由吸水性树脂制成的微粉湿润,作为该微粉所包含的多个含水凝胶颗粒的粘结剂而发挥作用。从被微粉整体迅速且均匀吸收的观点出发,所添加的水蒸气优选为饱和水蒸气,更优选为0.11MPa以上(102℃以上)的饱和水蒸气,进一步优选为0.12MPa以上(105℃以上)的饱和水蒸气。
本工序中,向微粉中同时添加粘接控制剂和水蒸气时,从微粉造粒物的造粒强度和粒度的观点出发,水蒸气相对于微粉的添加量在每单位时间优选为1质量%以上、更优选为3质量%以上、进一步优选为7质量%以上。从干燥效率和抑制大颗粒化的观点出发,水蒸气的添加量优选为100质量%以下、更优选为50质量%以下、进一步优选为30质量%以下。需要说明的是,所添加的水蒸气可以未全部被微粉吸收,水蒸气可以在被造粒所使用的液态水吸收后再被微粉吸收,也可以从混合机中排出一部分。
(微粉的温度)
从与粘接控制剂或包含粘接控制剂的水溶液的混合性的观点出发,供给至本工序中的微粉的温度优选为30℃以上、更优选为40℃以上、进一步优选为45℃以上、特别优选为50℃以上。从防止由吸水性树脂制成的微粉的热劣化的观点出发,温度优选为100℃以下。
(微粉造粒物的固体成分率)
从回收至干燥工序时的干燥效率和抑制大颗粒化的观点出发,微粉造粒物的固体成分率优选为30质量%以上、更优选为35质量%以上、进一步优选为40质量%以上。从造粒强度的观点出发,固体成分率优选为80质量%以下、更优选为70质量%以下、进一步优选为60质量%以下。即,所述微粉造粒物优选为含水凝胶状微粉造粒物,以下,设为进一步经干燥而包含干燥微粉造粒物的吸水性树脂粉末。
(微粉造粒物的物性)
微粉造粒物的CRC(离心分离机保持容量)以固体成分换算优选为5~70g/g、更优选为10~60g/g、进一步优选为15~50g/g、特别优选为18~40g/g。此外,微粉造粒物的水可溶成分优选为2~50质量%、更优选为4~25质量%、进一步优选为6~20质量%。CRC和/或水可溶成分超过上述范围时,在回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序的情况下,有可能因附着于颗粒状含水凝胶或干燥聚合物而发生大颗粒化。此外,低于上述范围时,所得吸水剂的性能有可能降低。
〔2-9〕微粉回收工序
本工序是通过采取在整粒工序的分级步骤中被去除的微粉,并供给至前述任意工序而进行回收(再利用)的工序。本发明所述的制造方法中,通过整粒工序而采取的微粉在前述微粉造粒工序中被制成微粉造粒物(进而为含水凝胶状微粉造粒物)后,被回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序,进而被干燥。
回收至干燥工序前的工序时,例如,添加至聚合前的单体水溶液、聚合中或凝胶粉碎中的含水凝胶等并混合。回收至各工序的微粉造粒物的量进行适当调整。将微粉造粒物与含水凝胶混合时,从所得吸水剂的吸水性能、生产率的观点出发,微粉造粒物相对于含水凝胶的量按照固体成分换算优选为30质量%以下、更优选为28质量%以下、进一步优选为20质量%以下、更优选为15质量%以下、进一步优选为10质量%以下。此外,将微粉造粒物添加至单体水溶液时,微粉造粒物的量相对于单体优选为30质量%以下、更优选为28质量%以下、进一步优选为20质量%以下、更优选为15质量%以下、进一步优选为10质量%以下。通过该范围来获得含水凝胶状微粉造粒物后,将含水凝胶状微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序以前的工序后,与聚合工序中的颗粒状含水凝胶状聚合物一同干燥,由此得到本发明的吸水性树脂粉末。通过该混合比,对于所得吸水性树脂粉末而言,也能够适当控制来自含水凝胶的一次颗粒与源于微粉回收的吸水树脂微粉造粒物的比例(固体成分比)。优选为经上述固体成分换算的含水凝胶与微粉造粒物之比。
作为添加形态,可以将微粉造粒物(尤其是含水凝胶状微粉造粒物)直接添加至上述工序中,进而,可以在用适量的水进行了溶胀凝胶化的状态下添加。只要不损害本发明的效果,就可以与微粉造粒物一同添加水、交联剂、除水之外的粘结剂(例如水溶性聚合物、热塑性树脂)、聚合引发剂、还原剂、螯合剂、抗着色剂等。例如,添加水时,相对于微粉造粒物而添加1~1000质量%的其它化合物时,优选以相对于微粉造粒物为0.01~10质量%的量来使用。
将微粉造粒物添加至含水凝胶时的微粉造粒物的温度优选为50℃以上且100℃以下,更优选为55℃以上、进一步优选为60℃以上,且更优选为95℃以下、进一步优选为90℃以下。如果在这种温度范围内,则能够进一步发挥粘接控制剂的效果,防止干燥物的粗大化。
[微粉造粒物添加工序]
针对将上述优选实施方式中的微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序、即微粉造粒物的添加工序进行详述。
具体而言,添加微粉造粒物的工序优选在选自由前述聚合工序中、前述聚合工序后且前述凝胶粉碎工序前、前述凝胶粉碎工序中、前述凝胶粉碎工序后且前述干燥工序前、以及前述干燥工序中组成的组中的至少一个时期以上添加微粉造粒物。需要说明的是,由于在前述聚合工序中也能够获得含水凝胶,因此,可以在该聚合工序中添加造粒凝胶。此外,干燥工序之中的聚合物的固体成分小于80质量%的聚合物通常被视作含水凝胶。即,至干燥工序的过程中为止存在含水凝胶,因此,可以向该干燥工序中添加造粒凝胶。优选向前述凝胶粉碎工序后且前述干燥工序前、或者前述干燥工序中、更优选向凝胶粉碎工序后、干燥工序前的含水凝胶中添加微粉造粒物。这样地向粉碎后的含水凝胶中添加微粉造粒物时,两者的粒度差小,因此容易混合,干燥难以变得不均匀。尤其是,若进行凝胶粉碎能量受控的粉碎,则含水凝胶形成造粒形状,因此,能够更进一步抑制不均匀的干燥。另一方面,若在凝胶粉碎工序前或工序中添加微粉造粒物,则有时提高凝胶粉碎机的负担或者凝胶粉碎变得不稳定,无法控制凝胶粒径。需要说明的是,“工序前”、“工序后”是指:在包括该工序前或该工序后的全部工序在内、或者工序间的运输工序、贮藏工序等任意工序中添加微粉造粒物。例如,凝胶粉碎工序后包括从凝胶粉碎工序向后续工序运输的期间和后续工序。
在微粉造粒物添加工序中,微粉造粒物的固体成分如上所述地优选为30质量%以上且80质量%以下,详见后述。在微粉造粒物添加工序中,优选同时控制微粉造粒物的固体成分和造粒凝胶的温度。
(温度)
本发明中,将微粉造粒物添加至含水凝胶中,此时的该微粉造粒物的温度和该含水凝胶的温度均在50℃以上且100℃以下的范围内,优选为55℃以上、更优选为60℃以上,且优选为95℃以下、更优选为90℃以下。如果在这种温度范围内,则能够获得两者的良好混合状态。若微粉造粒物、含水凝胶的温度小于50℃,则有时微粉造粒物变硬,或者在将含水凝胶与微粉造粒物混合时形成聚集物。即,若在混合时形成聚集物,则含水凝胶、微粉造粒物进一步粘着而形成更巨大的聚集物,导致混合状态变得不良。另外,即便能够混合,若在干燥时存在聚集物则干燥不良,即容易产生未干燥物。此外,若将该聚集物持续加热而使其干燥至达到期望的含水率,则已干燥的其它微粉造粒物、含水凝胶变为过干燥状态,发生热劣化而导致可溶成分增加等,吸水性树脂的品质劣化。这种问题在一者的温度为50℃以上且另一者的温度小于50℃的情况下也会发生。另一方面,若微粉造粒物、含水凝胶的温度超过100℃,则有时凝胶表面干燥,凝胶反而变硬。
此外,本发明中,从降低不均匀干燥的观点出发,在前述温度范围内,优选微粉造粒物的温度与含水凝胶的温度差较小,两者的温度差优选在40℃以内、更优选在30℃以内、进一步优选在20℃以内。微粉造粒物的温度和含水凝胶的温度的调整可通过制造过程中的加热和保温、或者从外部利用热风等进行加热或者放冷、利用低温空气等进行冷却来适当调整。
根据本发明的制造方法,制造工序中的微粉产生量可以为30重量%左右(30重量%以下),通常小于总制造量的20质量%、优选为15质量%以下。本发明所述的制造方法中,与基于以往制造方法的微粉产生量20~30质量%相比,其量大幅降低。由此,能够简化整粒工序中的解碎步骤和分级步骤。此外,最终也实现微粉回收工序和微粉造粒工序的省力化。通常,微粉或微粉造粒物的回收有时还会导致所得吸水剂的性能降低(例如吸水倍率的降低),但根据本发明,微粉产生量得以降低,因此能够获得吸水性能优异的吸水剂。
〔2-10〕其它添加剂的添加工序
本工序是以对吸水剂赋予各种附加功能或提高吸水性能作为目的而实施的任意工序,是向历经表面交联工序而得到的吸水性树脂粉末中添加下述添加剂的工序。从添加效果的观点出发,下述添加剂优选存在于吸水性树脂粉末的各颗粒表面。因此,本工序优选与表面交联工序同时实施或另行实施,更优选在表面交联工序后实施。
作为其它添加剂,可例示出螯合剂、有机还原剂、无机还原剂、氧化剂、羟基羧酸化合物、表面活性剂、具有磷原子的化合物、金属皂等有机粉末、消臭剂、抗菌剂、纸浆、热塑性纤维等。需要说明的是,作为对吸水剂赋予的吸水性能的一例,可列举出通液性,作为提高该通液性的添加剂,可例示出以下的多价金属盐、阳离子性聚合物、无机微粒,优选使用这些之中的至少1种以上。
(多价金属盐)
作为多价金属盐的多价金属,可优选列举出铝、锆等。此外,作为可使用的多价金属盐,优选为乳酸铝和硫酸铝,更优选为硫酸铝。
作为该多价金属盐的添加量,相对于吸水性树脂粉末1g,金属阳离子优选小于3.6×10-5摩尔、更优选小于2.8×10-5摩尔、进一步优选小于2.0×10-5摩尔。
(阳离子性聚合物)
作为阳离子性聚合物,可优选列举出美国专利第7098284号中例示的化合物。其中,优选为乙烯基胺聚合物。作为该阳离子性聚合物的添加量,相对于吸水性树脂粉末100质量份,优选小于2.5质量份、更优选小于2.0质量份、进一步优选小于1.0质量份。
(无机微粒)
作为无机微粒,具体而言,可列举出滑石、高岭土、漂白土、水滑石、皂土、活性白土、重晶石、天然沥青、锶矿石、钛铁矿、珍珠岩等矿产物;硫酸铝14~18水合盐(或其无水物)、硫酸钾铝12水合盐、硫酸钠铝12水合盐、硫酸铵铝12水合盐、氯化铝、聚氯化铝、氧化铝等铝化合物类;磷酸钙等其它多价金属盐、多价金属氧化物和多价金属氢氧化物;亲水性的非晶二氧化硅类;氧化硅·氧化铝·氧化镁复合体、氧化硅·氧化铝复合体、氧化硅·氧化镁复合体等氧化物复合体类等。可以组合使用这些之中的两种以上。作为该无机微粒的添加量,相对于吸水性树脂粉末100质量份,优选小于2.0质量份、更优选小于1.5质量份、进一步优选小于1.0质量份。
〔2-11〕其它工序
本发明所述的制造方法中,除了包括上述的各工序之外,可根据需要进一步包括冷却工序、再湿润工序、粉碎工序、分级工序、造粒工序、运输工序、贮藏工序、捆包工序、保管工序等。
(其它添加剂)
本发明所述的制造方法中,除了上述表面交联剂、凝胶流动化剂、粘接控制剂之外,作为其它添加剂,可以在干燥前或干燥后进一步添加无机微粒、防粉尘剂、干燥的吸水性树脂(微粉)、通液性改善剂等。
〔2-12〕优选的实施方式
如上所述,根据本发明的制造方法,通过在微粉造粒工序中使用粘接控制剂,能够得到造粒强度和粒度恰当的微粉造粒物。通过将该微粉造粒物回收至干燥工序或干燥工序前的任意工序中,所得干燥聚合物的大颗粒化会受到抑制。由此,如图1所示的流程图那样,能够将通过干燥工序而得到的干燥聚合物用简化的整粒工序调整至规定的粒度。
此外,在干燥工序中使用搅拌干燥时,也是图1的工序,但可以如图2所示那样,是进一步简化的制造方法。在图2所示的制造方法中,在干燥工序中使用搅拌干燥,与干燥同时实施表面交联。通过将该干燥工序后得到的经表面交联的颗粒状干燥聚合物用整粒工序调整至规定的粒度,能够高效地制造物性优异的吸水性树脂粉末。进而,根据本发明所述的制造方法,在与干燥同时实施表面交联的干燥工序后,也能够获得与目标制品粒度相近的经表面交联的颗粒状干燥聚合物,因此,其后的整粒工序也能够简化。
〔3〕作为制品的吸水性树脂粉末及其物性
作为上述制造方法的一例,本发明提供一种吸水性树脂粉末,其包含作为含水凝胶状交联聚合物的干燥物的吸水性树脂粉末(一次颗粒)和包含粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物。需要说明的是,此处的一次颗粒是指含水凝胶状交联聚合物的干燥物,进而,由干燥后的吸水性树脂微粉得到的吸水性树脂微粉造粒物相当于二次颗粒。
以往,与作为含水凝胶状交联聚合物的干燥物的吸水性树脂粉末(一次颗粒)相比,由干燥后的吸水性树脂微粉得到的吸水性树脂微粉造粒物(二次颗粒)相对而言不抗机械损伤,因此,有时还与造粒颗粒的破损相伴地发生微粉的再生。此外,有时还发生粉体流动性的降低。为了解决该课题,通过本发明而得到的吸水性树脂粉末以使将单体聚合而得到的颗粒状含水凝胶状交联聚合物与微粉造粒物进行混合的本发明的制造作为一例,在本发明中,提供一种吸水性树脂粉末,其包含作为含水凝胶状交联聚合物的干燥物的吸水性树脂粉末(一次颗粒)和包含粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物。该吸水性树脂粉末中的微粉造粒物包含粘接控制剂,因此,显示出由吸水性树脂微粉造粒物的破损导致的微粉产生量减少的效果。此处,粘接控制剂优选为表面活性剂。
本发明中,作为含水凝胶状交联聚合物的干燥物的吸水性树脂(一次颗粒)、吸水性树脂微粉可任选包含凝胶流动化剂(表面活性剂),但本发明中,相对于由吸水性树脂制成的微粉的固体成分,进一步追加的粘接控制剂(尤其是表面活性剂)优选为0.001~2.0质量%、更优选为0.010~1.5质量%、进一步优选为0.020~1.0质量%、特别优选为0.025~0.8质量%。因而,优选为吸水性树脂微粉造粒物中的表面活性剂量在上述范围内比作为含水凝胶状交联聚合物的干燥物的吸水性树脂粉末(一次颗粒)中的表面活性剂量更多的吸水性树脂粉末。本发明中,优选的是:粘接控制剂为表面活性剂,且吸水性树脂微粉造粒物中的表面活性剂量比吸水性树脂粉末中的表面活性剂量更多的吸水性树脂粉末。本发明的吸水性树脂粉末中优选的表面活性剂的种类和量(含量)、微粉造粒物的量、吸水性树脂粉末(一次颗粒)与包含粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物的比例(混合比)等为上述范围。本发明的包含吸水性树脂微粉造粒物的吸水性树脂粉末中,由于向相对而言不抗机械损伤的微粉造粒物中添加有粘接控制剂(表面活性剂)(与作为含水凝胶状交联聚合物的干燥物的吸水性树脂(一次颗粒)相比添加得多),因此,即便制成包含吸水性树脂微粉造粒物的吸水性树脂粉末,也耐受机械损伤,且粉体流动性也良好。
针对通过本发明所述的制造方法而得到的吸水性树脂粉末(吸水剂),将该吸水性树脂粉末用于吸收性物品、尤其是用于纸尿布时,优选下述(3-1)~(3-7)所记载的物性之中的至少1个以上、优选2个以上、更优选3个以上、进一步优选全部物性被控制在期望的范围内。在下述全部物性不满足下述范围的情况下,有可能无法充分获得本发明的效果,尤其是每一片纸尿布的吸水剂的用量多,所谓的高浓度纸尿布发挥不出充分的性能。
此外,通过本发明而得到的吸水性树脂粉末由于在上述微粉造粒物添加工序中将单体聚合而得到的颗粒状含水凝胶状交联聚合物与微粉造粒物进行了混合(优选在干燥工序或干燥工序前的任意工序中进行混合,进一步优选在聚合工序及之后、更进一步优选在凝胶粉碎工序后进行混合),因此,在本发明中,将上述制造方法作为制法的一例,提供一种吸水性树脂粉末,其包含吸水性树脂一次颗粒和包含粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物。需要说明的是,作为本发明的吸水性树脂粉末的制造方法,其制造方法不限定于本发明的方法,也可通过分别获得吸水性树脂一次颗粒和包含粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物并混合等除了本发明的制造方法之外的其它制造方法来获得。优选的是:在本发明中,粘接控制剂为表面活性剂,且吸水性树脂微粉造粒物中的表面活性剂量多于吸水性树脂中的表面活性剂量的吸水性树脂粉末。所述本发明的吸水性树脂粉末还具有以下的物性。粘接控制剂、微粉造粒物的优选量为上述范围。
〔3-1〕CRC(离心分离机保持容量)
本发明的吸水性树脂粉末(吸水剂)的CRC(离心分离机保持容量)通常为5g/g以上,优选为15g/g以上、更优选为25g/g以上。针对上限值,没有特别限定,优选为更高的CRC,但从与其它物性的平衡的观点出发,优选为70g/g以下、更优选为50g/g以下、进一步优选为40g/g以下。
上述CRC小于5g/g时,吸收量少,不适合作为纸尿布等吸收性物品的吸收体。此外,上述CRC超过70g/g时,吸收尿、血液等体液等的速度会降低,因此,不适合用于高吸水速度类型的纸尿布等。需要说明的是,CRC可通过变更内部交联剂、表面交联剂等的种类、量来控制。
〔3-2〕水可溶成分(Ext)
Ext通常为1~40质量%,优选为2~35质量%、更优选为3~30质量%、进一步优选为4~25质量%、特别优选为5~20质量%。
Ext超过上述范围时,有可能形成凝胶强度弱、加压下吸收倍率或透液性差的吸水剂。Ext小于上述范围时,CRC有可能变得过低。在任意情况下,回湿均变多,因此,不适合作为纸尿布等吸收性物品的吸收体。需要说明的是,Ext可通过变更内部交联剂等的种类、量来控制。
〔3-3〕含水率
吸水性树脂粉末(吸水剂)的含水率优选超过0质量%且为20质量%以下、更优选为1~15质量%、进一步优选为2~13质量%、特别优选为2~10质量%。通过将该含水率设为上述范围内,能够获得粉体特性(例如流动性、搬运性、耐损伤性等)优异的吸水剂。
〔3-4〕粒度
如上所述,吸水性树脂粉末(吸水剂)的质均粒径d3(D50)优选为200μm以上、更优选为200~600μm、进一步优选为250~550μm、特别优选为300~500μm。此外,粒径小于150μm的颗粒的比例通常为15质量%以下、优选为10质量%以下、更优选为8质量%以下、进一步优选为6质量%以下。此外,粒径超过850μm的颗粒的比例优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为1质量%以下。该吸水剂包含优选为90质量%以上、更优选为95质量%以上、进一步优选为97质量%以上、特别优选为99质量%以上的粒径为150~850μm的颗粒。理想的是100质量%。粒度分布的对数标准偏差(σζ)优选为0.20~0.50、更优选为0.25~0.40、进一步优选为0.27~0.35。
〔3-5〕AAP(加压下吸水倍率)
吸水性树脂粉末(吸水剂)的AAP(加压下吸水倍率)优选为15g/g以上、更优选为20g/g以上、进一步优选为23g/g以上、特别优选为24g/g以上、最优选为25g/g以上。针对上限值,没有特别限定,优选为30g/g以下。
AAP小于15g/g时,对吸收体施加压力时的液体回流量(有时称为“Re-Wet(回湿)”)变多,因此,不适合作为纸尿布等吸收性物品的吸收体。需要说明的是,AAP可通过调整粒度、变更表面交联剂等来控制。
〔3-6〕Vortex(吸水速度)
吸水性树脂粉末(吸水剂)的Vortex(吸水速度)优选为60秒以下、更优选为50秒以下、进一步优选为40秒以下、特别优选为30秒以下、最优选为25秒以下。针对下限值,没有特别限定,优选为5秒以上、更优选为10秒以上。
通过将Vortex设为上述范围,能够在短时间内吸收规定量的液体。用于纸尿布等吸收性物品的吸收体时,使用者感觉到肌肤润湿的时间变少,不易带来不适感,且能够减少泄露量。
〔3-7〕表面活性剂的分布
相对于吸水性树脂粉末(吸水剂)中的表面活性剂的平均含量,优选吸水性树脂微粉造粒物所包含的表面活性剂含量多。相对于吸水性树脂粉末(吸水剂)中的表面活性剂的平均含量,吸水性树脂微粉造粒物所包含的表面活性剂含量更优选为1.5倍以上、进一步优选为2倍以上。通过使吸水性树脂微粉造粒物所包含的表面活性剂含量多,从而防止因搬运时等的摩擦而导致吸水性树脂微粉造粒物破损,另一方面,能够抑制表面活性剂对除吸水性树脂微粉造粒物之外的颗粒(一次颗粒)造成的不良影响。
需要说明的是,难以从吸水性树脂粉末(吸水剂)中仅取出吸水性树脂微粉造粒物,因此,本发明中利用吸水性树脂微粉造粒物较脆的情况,利用下述方法来评价。
使用网眼为850μm和150μm的JIS标准筛,利用转动锤击式分级机(ES65型,电源使用100V、60Hz,饭田制作所公司制)将吸水性树脂粉末(吸水剂)分级5分钟,得到粒径为850~150μm的吸水性树脂粉末(吸水剂)。针对该吸水性树脂粉末(吸水剂)30g,利用日本特开2000-302876号(对应美国专利6562879号)中记载的(机械损伤试验)方法,将振动时间设为10分钟,对吸水性树脂粉末(吸水剂)造成损伤。具体而言,利用油漆搅拌器(东洋精机制作所公司制、No.488试验用分散机)将吸水性树脂粉末(吸水剂)30g与玻璃珠10g一同震荡10分钟。对于造成损伤后的吸水性树脂粉末(吸水剂),使用网眼为150μm的JIS标准筛,利用前述转动锤击式分级机与前述同样地分级,得到粒径为150μm以下的微粉。用50倍(质量比)的去离子水使微粉和吸水性树脂粉末(吸水剂)溶胀,进而用50倍(质量比)的甲醇使其收缩,得到表面活性剂的提取液。使用HPLC对其进行定量,由此求出微粉和吸水性树脂粉末(吸水剂)的表面活性剂含量。此处,将该微粉的表面活性剂含量作为吸水性树脂微粉造粒物的表面活性剂含量。
〔4〕吸水性树脂粉末(吸水剂)的用途
吸水性树脂粉末(吸水剂)的用途没有特别限定,可优选列举出纸尿布、生理用卫生巾、失禁垫等吸收性物品的吸收体用途。尤其是,可用作高浓度纸尿布的吸收体。本发明的吸水性树脂粉末由于微粉造粒物包含大量融合控制剂(表面活性剂),因此耐受机械损伤,也耐受尿布制造工序中的机械损伤,还适合于制造高浓度纸尿布的吸收体。进而,吸水剂的吸水时间优异且粒度分布受控,因此,在用于上述吸收体的上层部时,能够期待显著的效果。
此外,作为上述吸收体的原料,也可以与上述吸水剂一同使用纸浆纤维等吸收性材料。此时,作为吸收体中的吸水剂的含量(芯浓度),优选为30质量%~100质量%、更优选为40质量%~100质量%、进一步优选为50质量%~100质量%、更进一步优选为60质量%~100质量%、特别优选为70质量%~100质量%、最优选为75质量%~95质量%。
通过将上述芯浓度设为上述范围,将该吸收体用于吸收性物品的上层部时,能够将该吸收性物品保持为带有清洁感的白色状态。进而,该吸收体的尿、血液等体液等的扩散性优异,因此,估计其通过进行有效的液体分配而提高吸收量。
本申请基于2018年5月16日申请的日本专利申请第2018-094788号、2018年11月8日申请的日本专利申请第2018-210731号而要求优先权的权益。为了参考而将2018年5月16日申请的日本专利申请第2018-094788号、2018年11月8日申请的日本专利申请第2018-210731号的说明书的全部内容援引至本申请中。
实施例
按照以下的实施例/比较例,更具体地说明本发明,但本发明不受这些说明的限定性解释,将各实施例中公开的技术手段适当组合而得到的实施例也包括在本发明的范围内。
需要说明的是,实施例和比较例中使用的电气设备(还包括吸水性树脂的物性测定用设备)只要没有特别注释,就是用60Hz且200V或100V的电源。此外,本发明的吸水性树脂的各物性只要没有特别注释,就在室温(20℃~25℃)、相对湿度为50%RH±10%的条件下进行测定。
此外,为了方便,有时将“升”表述为“l”或“L”、将“质量%”或“重量%”表述为“wt%”。进行微量成分的测定时,有时将检出限以下表述为N.D(Non Detected)。
[含水凝胶和吸水性树脂的物性测定方法]
(a)CRC(离心分离机保持容量)
吸水性树脂的CRC(离心分离机保持容量)按照EDANA法(ERT441.2-02)进行测定。此外,关于含水凝胶的CRC(离心分离机保持容量),除了分别将作为试样的含水凝胶变更为0.4g,并将自由溶胀时间变更为24小时之外,进行与EDANA法(ERT441.2-02)相同的操作。进而,另行测定含水凝胶的固体成分率α,求出含水凝胶0.4g中的吸水性树脂的干燥质量,按照下述(式2)来算出含水凝胶的CRC。
含水凝胶的CRC(g/g)={(mwi-mb)-msi×(α/100)}/{msi×(α/100)}···(式2)
此处,(式2)中,msi为测定前的含水凝胶的质量(单位;g),mb为进行自由溶胀并脱水后的Blank(空白,仅无纺布)的质量(单位;g),mwi为进行自由溶胀并脱水后的含水凝胶的质量(单位;g),α为测定前的含水凝胶的固体成分率(单位;质量%)。
(b)Ext(水可溶成分)
含水凝胶的Ext(水可溶成分)按照EDANA法(ERT470.2-02)进行测定。除了分别将作为试样的含水凝胶的质量变更为5.0g,并将搅拌时间变更为24小时之外,进行与EDANA法(ERT470.2-02)相同的操作。进而,另行测定含水凝胶的固体成分率α,求出含水凝胶5.0g中的干燥质量,按照下述(式3)来算出含水凝胶的Ext。
含水凝胶的Ext(质量%)={(VHCl.s-VHCl.b)×CHCl×Mw×Fdil×100}/ms×(α/100)×1000···(式3)
此处,(式3)中,VHCl.s为将包含已溶解的聚合物的滤液从pH10制成pH2.7所需的HCl量(单位;ml),VHCl.b为将Blank(空白,0.9质量%氯化钠水溶液)从pH10制成pH2.7所需的HCl量(单位;ml),CHCl为HCl溶液的浓度(单位;摩尔/l),Mw为丙烯酸(盐)聚合物中的单体单元的平均分子量(单位;g/摩尔),Fdil为包含已溶解的聚合物的滤液的稀释度,ms为测定前的吸水性树脂的质量(单位;g),α为测定前的吸水性树脂的固体成分率(单位;质量%)。
(c)吸水性树脂的含水率和固体成分率
已干燥的吸水性树脂(吸水剂)的含水率按照EDANA法(ERT430.2-02)进行测定。需要说明的是,本发明中,分别将试样量变更为1.0g,并将干燥温度变更为180℃来进行测定。固体成分率(质量%)通过由100质量%减去含水率(质量%)来求出。
(d)吸水性树脂的粒度
吸水性树脂粉末或颗粒状干燥聚合物的粒度(质均粒径(D50)和对数标准偏差(σζ))按照美国专利第7638570号的第27和28栏中记载的方法进行测定。
(e)150pass率(穿过网眼150μm的筛的比率)和Δ150pass率
进行与上述(d)中记载的质均粒径(D50)的测定方法相同的分级操作,求出穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(质量%)来作为150pass率。
此外,以未将微粉造粒物回收至干燥工序而得到的吸水性树脂粉末的150pass率作为基准,求出其与回收微粉造粒物而得到的吸水性树脂粉末的150pass率之差来作为Δ150pass率。Δ150pass率越小,则指的是干燥工序和干燥工序之后的工序中的机械损伤越少,微粉的产生越受到抑制。
(f)2800on率(未穿过网眼2800μm的筛的比率)和Δ2800on率
除了使用网眼为4000μm、2800μm、2000μm、1400μm、1000μm和850μm的JIS标准筛之外,进行与上述(d)中记载的质均粒径(D50)的测定方法相同的分级操作,求出未穿过网眼4000μm和2800μm的筛的颗粒的比例(质量%)来作为2800on率。
此外,以未将微粉造粒物回收至干燥工序而得到的干燥聚合物的2800on率作为基准,求出其与回收微粉造粒物而得到的干燥聚合物的2800on率之差来作为Δ2800on率。Δ2800on率越小,则指的是干燥工序中的粗粒化越受到抑制。
(g)含水凝胶的聚合率
向离子交换水1000g中投入含水凝胶1.00g,以300rpm搅拌2小时后,进行过滤,由此去除不溶解成分。使用液相色谱,对提取至通过上述操作而得到的滤液中的单体的量进行测定。针对所得数据,按照下述(式4)来进行凝胶固体成分的校正,算出聚合率C(单位;质量%)。
聚合率C(质量%)=100×{1-m/(α·M/100)}···(式4)
此处,(式4)中,m为单体的质量(单位;g),M为含水凝胶的质量(单位;g),α为含水凝胶的固体成分率(单位;质量%)。
(h)含水凝胶的含水率和固体成分率
针对干燥前的含水凝胶的含水率,在上述(c)中,将含水凝胶设为2.0g,进而将干燥时间设为24小时来进行测定。首先,向底面的直径为50mm的铝杯中投入含水凝胶2.00g后,准确地称量试样(含水凝胶和铝杯)的总质量W1(g)。接着,将上述试样在气氛温度设定至180℃的烘箱内静置。经过24小时后,将该试样从上述烘箱中取出,准确地称量总质量W2(g)。将供于本测定的含水凝胶的质量设为M(g)时,按照下述(式5),求出含水凝胶的含水率(100-α)(质量%)。需要说明的是,下述(式5)中,α为含水凝胶的固体成分率(质量%)。
(100-α)(质量%)={(W1-W2)/M}×100··(式5)
(i)颗粒状含水凝胶的粒度
颗粒状含水凝胶的粒度(质均粒径(D50)和对数标准偏差(σζ))利用下述方法来测定。
将温度为20~25℃的颗粒状含水凝胶(固体成分率为α质量%)20g添加至包含0.08质量%EMAL 20C(表面活性剂、花王公司制)的20质量%氯化钠水溶液(以下称为“EMAL水溶液”)1000g中而制成分散液,使用长度50mm×直径7mm的转子片,以300rpm搅拌16小时。所使用的容器为聚丙烯制的圆柱状容器(高度为21cm、直径为8cm、内容积约为1.14L)。
在搅拌结束后,向设置在转盘上的JIS标准筛(直径:21cm、筛的网眼:8mm/4mm/2mm/1mm/0.60mm/0.30mm/0.15mm/0.075mm)的中央部投入上述分散液。使用EMAL水溶液100g将全部含水凝胶洗出在筛上后,针对EMAL水溶液6000g,一边将筛用手旋转(20rpm),一边从距离上部30cm的高度使用喷淋器(孔为72个、液量:6.0[L/min])以注水范围(50cm2)遍及整个筛的方式均匀地注水,将该操作反复4次,对含水凝胶进行分级。将已分级的第一级筛上的含水凝胶控水约2分钟后,进行秤量。针对第二级及以后的筛也通过同样的操作来分级,在控水后对残留在各个筛上的含水凝胶进行称量。需要说明的是,上述筛根据凝胶粒径来适当变更。例如,在含水凝胶的粒径细小而在网眼为0.15mm或0.075mm的筛中发生堵塞的情况下,更换成直径更大的JIS标准筛(直径为30cm;网眼为0.15mm、0.075mm)来进行分级。
根据下述(式6),由残留在各筛上的含水凝胶的质量算出其比例(质量%)。按照下述(式7)来算出控水后的筛的网眼,将含水凝胶的粒度分布标绘在对数概率纸上。将所标绘的累算筛上的%R相当于50质量%时的粒径作为含水凝胶的质均粒径(D50)。此外,由上述标绘求出与累算筛上%R=84.1%相当的粒径(将其记作X1)和与累算筛上%R=15.9%相当的粒径(将其作为X2),通过下述(式8)来求出对数标准偏差(σζ)。σζ的值越小,则指的是粒度分布越窄。
X(%)=(w/W)*100 (式6)
R(α)(mm)=(20/W)1/3*r (式7)
此处,(式6)和(式7)中,
X:在分级、控水后残留在各筛上的含水凝胶的质量%(%)
w:在分级、控水后残留在各筛上的含水凝胶各自的质量(g)
W:在分级、控水后残留在各筛上的含水凝胶的总质量(g)
R(α):换算成固体成分率为α质量%的吸水性树脂时的筛的网眼(mm)
r:在20质量%氯化钠水溶液中进行了溶胀的含水凝胶状交联聚合物(含水凝胶颗粒)经分级的筛的网眼(mm)。
σζ=0.5×ln(X2/X1) (式8)
(j)含水凝胶的固体成分换算的质均粒径
按照下述(式9),由上述(h)含水凝胶的含水率和(i)颗粒状含水凝胶的质均粒径求出固体成分换算的质均粒径(含水凝胶颗粒的干燥后的质均粒径)。
SolidD50=GelD50×(GS/100)1/3 (式9)
此处,(式9)中,
GelD50:含水凝胶颗粒的质均粒径(μm)
GS:含水凝胶颗粒的固体成分率(质量%)
SolidD50:换算成含水凝胶颗粒的干燥物时的质均粒径(μm)。
(k)Vortex(吸水时间)
吸水性树脂的Vortex(吸水时间)按照下述步骤进行测定。首先,向预先制备的生理盐水(0.9质量%氯化钠水溶液)1000质量份中加入作为食品添加物的食用蓝色1号(亮蓝)0.02质量份后,将液体温度调整至30℃。
接着,向容量100ml的烧杯中量取上述生理盐水50ml,一边使用长度40mm、直径8mm的转子片以600rpm进行搅拌,一边投入吸水性树脂2.0g。将投入吸水性树脂时作为起点,将该吸水性树脂吸收生理盐水并覆盖转子片为止的时间作为Vortex(吸水时间)(单位;秒)来进行测定。
(l)吸水性树脂的AAP(加压下吸水倍率)
吸水性树脂的AAP(加压下吸水倍率)按照EDANA法(ERT442.2-02)进行测定。需要说明的是,在测定时,将载荷条件变更为4.83kPa(0.7psi)。
(m)微粉造粒物的流动性评价
在各实施例中,将向微粉中添加水性液体并造粒而得到的微粉造粒物(100g)在造粒后立即投入至圆筒型塑料容器(内壁:氟树脂涂层、高度:12cm、底面直径:8cm)中。经过规定时间后,将该容器投入口用垫片堵住,将该容器上下颠倒并静置后,将圆筒型塑料容器向上方提起并放置3分钟。其后,测定因自重而在垫片上铺展的微粉造粒物的最大宽度来作为聚集崩坏度(单位:cm),基于该聚集崩坏度来评价微粉造粒物的流动性。
(评价基准)
聚集崩坏度:不良:10cm以下:难以解散
聚集崩坏度:良:11cm以上且15cm以下:容易解散
聚集崩坏度:优良:16cm以上:非常容易解散
(颗粒状含水凝胶的制造)
[制造例1]
制作包含丙烯酸300质量份、48质量%氢氧化钠水溶液100质量份、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均n数为9)0.61质量份、0.1质量%二乙烯三胺五乙酸三钠水溶液16.4质量份、去离子水273.2质量份的单体水溶液。
接着,用定量泵连续供给温度调整至38℃的上述单体水溶液后,进一步连续地管线混合48质量%氢氧化钠水溶液150.6质量份。此外,此时单体水溶液的液体温度因中和热而上升至87℃。
进而,在连续地管线混合4质量%过硫酸钠水溶液14.6质量份后,以厚度达到10mm的方式连续地供给至具有在两端具备挡板的平面状聚合带的连续聚合机中。其后,连续地进行聚合(聚合时间为3分钟),得到作为含水凝胶状交联聚合物的带状的含水凝胶(1a)。相对于聚合带的前进方向在宽度方向将所得带状的含水凝胶(1a)以切断长度达到300mm的方式等间隔地连续切割,由此得到长条状的含水凝胶(1b)。
一边向螺杆挤出机中同时供给所得含水凝胶(1b)和3.1质量%的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液,一边进行凝胶粉碎。关于月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液的供给量,相对于含水凝胶(1b)的固体成分,使月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱达到0.15质量%。作为该螺杆挤出机,使用螺杆轴的外径为86mm且在前端部具备直径100mm、孔径8.0mm、厚度10mm的多孔板的碎肉机,一边与含水凝胶(1b)同时供给水和水蒸气一边进行凝胶粉碎(第一凝胶粉碎)。接着,变更为孔径4.7mm的多孔板,一边供给水和水蒸气,一边将通过第一凝胶粉碎而得到的粉碎凝胶进一步凝胶粉碎(第二凝胶粉碎)。所得颗粒状含水凝胶(1)中的固体成分率为44质量%(含水率为56质量%)、固体成分换算的平均粒径d1为130μm、粒径小于150μm的颗粒的比例为约53质量%。此外,颗粒状含水凝胶(1)的聚合率为98.6%、CRC为36g/g、水可溶成分为6%。颗粒状含水凝胶(1)中,以相对于颗粒状含水凝胶的固体成分计算包含作为凝胶流动化剂而添加的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱(表面活性剂)1500ppm。
(带干燥)
[制造例2]
使用通气带式干燥机,将制造例1中得到的颗粒状含水凝胶(1)进行干燥。首先,在该干燥机的通气板(冲孔金属)上,以厚度达到约10cm的方式散布颗粒状含水凝胶(1)。接着,通入35分钟的185℃热风,得到干燥聚合物(1)。在干燥机的出口得到的干燥聚合物(1)已经一体化,固结成一片板的块状。干燥聚合物(1)的宽度大致相当于干燥带的宽度,长度不限(endless),厚度为几cm。
将所得干燥聚合物(1)空气冷却后,用具备具有多个叶片的旋转轴的解碎机(第一粉碎机)进行粗粉碎后,供给至三段的辊磨机(第二粉碎机)并进一步粉碎,由此得到吸水性树脂粉末(1)。吸水性树脂粉末(1)包含源自上述颗粒状含水凝胶(1)的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱,质均粒径(d2)为350μm,穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为14.0质量%,固体成分率为97.6质量%。
(搅拌干燥)
[制造例3]
使用旋转型干燥机,将制造例1中得到的颗粒状含水凝胶(1)进行干燥。该干燥机具备在其内部具有沿着旋转轴方向延伸的10根加热管和2片挡板(在中心部具有一个圆形开口部的环状隔板、开口率为50%)的圆筒状的旋转容器(容积为100L),从投入部朝向取出口安装有0.6°的朝下的倾斜。在旋转容器内的取出口侧的端部具有在中心具有一个圆形开口部(开口率为24%)的环状的隔板(别称;排出挡板)。
首先,向各加热管中导入2.7MPa(温度为228.1℃)的水蒸气,将旋转容器内部(用接触温度计来规定)预先加热至超过200℃后,进而,旋转容器的外壁也充分伴热加热。接着,以15kg/h的速度向干燥机中供给通过制造例1得到的95℃的颗粒状含水凝胶(1),以弗鲁德准数Fr达到0.07的方式使旋转容器旋转,在平均滞留时间为50分钟的条件下进行连续干燥。在干燥时,以旋转容器的内部相对于外气的压差为-20Pa且排气露点为90℃的方式,调整空气(载气:140℃)的供给量和排气量。需要说明的是,从干燥机的多处对旋转容器内部的含水凝胶进行取样,测定其固体成分率,结果是干燥中的含水凝胶由于在旋转容器的中间2处设置的2片环状隔板(开口率为50%),以固体成分率为约90质量%和约95质量%作为边界而被分成3个区域。在干燥后,在取出口处采取的干燥聚合物(2)的温度为200℃,其中的大部分为造粒颗粒。干燥聚合物(2)中的固体成分率为98.5质量%,未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)按照固体成分换算为7.4质量%。
接着,利用冷风,将从干燥机的取出口排出的干燥聚合物(2)强制地冷却至80℃以下后,将该冷却物供给至1段的辊磨机(粉碎机)并进行粉碎,由此调整粒度,得到吸水性树脂粉末(2)。吸水性树脂粉末(2)中包含源自上述颗粒状含水凝胶(1)的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱,质均粒径(d2)为350μm,穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为10.8质量%,固体成分率为97.5质量%。
接着,使用网眼850μm和180μm的JIS标准筛,对吸水性树脂粉末(2)进行分级,得到网眼180μm的筛下物、即微粉(1)。微粉(1)中包含源自上述颗粒状含水凝胶(1)的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱,固体成分率为95.2质量%,质均粒径(d3)为102μm,穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为93.9质量%,CRC为37.2g/g。
[制造例4]
利用冷风,将通过制造例3得到的干燥聚合物(2)强制地冷却至80℃以下后,将该冷却物供给至1段的辊磨机(粉碎机)中,变更粉碎条件并进行粉碎,由此调整粒度,得到吸水性树脂粉末(3)。吸水性树脂粉末(3)中包含源自上述颗粒状含水凝胶(1)的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱,质均粒径(d2)为420μm,穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为7.8质量%,固体成分率为97.6质量%。
(搅拌干燥时的表面交联)
[制造例5]
在制造例3的旋转型干燥机中,相对于干燥过程中的颗粒状含水凝胶(1),喷雾添加包含乙二醇二缩水甘油醚0.16质量%和水2质量%的表面交联剂溶液2.6质量%,除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(4)和吸水性树脂粉末(4)。添加表面交联剂溶液时的颗粒状含水凝胶(1)中的含水率为30质量%、温度为110℃。干燥聚合物(4)中的固体成分率为98.5质量%,未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)按照固体成分换算为7.5质量%。吸水性树脂粉末(4)的质均粒径(d2)为350μm、穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为10.5质量%、固体成分率为97.8质量%。
针对30g吸水性树脂粉末(4),相对于100质量份的吸水性树脂粉末(4),添加0.3质量份的水滑石(协和化学工业公司制的制品名“DHT-6”、Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O、体积平均粒径为0.5μm)。
接着,使用网眼850μm和180μm的JIS标准筛,对吸水性树脂粉末(4-2)进行分级,得到网眼180μm的筛下物、即微粉(2)。微粉(2)中包含源自上述颗粒状含水凝胶(1)的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱,固体成分率为95.4质量%、质均粒径(d3)为114μm、穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为90.9质量%、CRC为24.9g/g。
(微粉造粒物的制造)
[制造例6]
使用具备搅拌叶片、解碎叶片、排出叶片和喷嘴的内容积7L(搅拌部有效容积为5L)的立式旋转圆盘型混合机(FUNKEN POWTECHS公司制),进行微粉造粒。使用定量供给机(ACCURATE Inc制),将通过制造例3得到的微粉(1)以200kg/hr的速度供给至立式旋转圆盘型混合机中。接着,一边使搅拌叶片以1060rpm进行旋转来搅拌微粉(1),一边使用混合器(FUNKEN POWTECHS公司制、连续喷射混合机FLOW JET MIXER MW-F-300型(将旋转圆盘上的销去除而得的改良型)),注入粘接控制剂水溶液(月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液、有效成分浓度为0.253质量%、温度为50℃)和水蒸气(表压为0.6MPa、释放混合器的内压),连续地进行混合,由此得到包含粘接控制剂月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱的微粉造粒物(1)。粘接控制剂的添加量相对于微粉(1)的固体成分为2200ppm,水蒸气的注入速度为15kg/hr。微粉造粒物(1)的固体成分率为50质量%。
[制造例7]
代替粘接控制剂水溶液而使用水(50℃),除此之外,与制造例6同样操作,得到微粉造粒物(2)。微粉造粒物(2)的固体成分率为50质量%。
[制造例8]
代替微粉(1)而使用通过制造例5得到的微粉(2),将粘接控制剂水溶液的有效成分浓度设为0.092质量%,将粘接控制剂的添加量相对于微粉(2)的固体成分设为800ppm,除此之外,与制造例6同样操作,得到包含粘接控制剂月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱的微粉造粒物(3)。微粉造粒物(3)的固体成分率为50质量%。
[制造例9]
代替微粉(1)而使用通过制造例5得到的微粉(2),将粘接控制剂水溶液的有效成分浓度设为0.252质量%,将粘接控制剂的添加量相对于微粉(2)的固体成分设为2200ppm,除此之外,与制造例6同样操作,得到包含粘接控制剂月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱的微粉造粒物(4)。微粉造粒物(4)的固体成分率为50质量%。
[制造例10]
代替微粉(1)而使用通过制造例5得到的微粉(2),将粘接控制剂水溶液的有效成分浓度设为0.573质量%,将粘接控制剂的添加量相对于微粉(2)的固体成分设为5000ppm,除此之外,与制造例6同样操作,得到包含粘接控制剂月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱的微粉造粒物(5)。微粉造粒物(5)的固体成分率为50质量%。
[制造例11]
代替微粉(1)而使用通过制造例5得到的微粉(2),代替粘接控制剂水溶液而使用水(50℃),除此之外,与制造例6同样操作,得到微粉造粒物(6)。微粉造粒物(6)的固体成分率为50质量%。
[参考例1]
将通过制造例2得到的干燥聚合物(1)和吸水性树脂粉末(1)作为参考例1。参考例1是未将微粉造粒物回收至干燥工序中的制造方法,是实施例1和2以及比较例1和2的基准品。将参考例1、实施例1和2以及比较例1和2的结果总结示于表1。
[实施例1]
将通过制造例1的聚合和凝胶粉碎而得到的颗粒状含水凝胶(1)(固体成分为44重量%)与通过制造例6而得到的微粉造粒物(1)(含水凝胶状微粉造粒物)(固体成分为50重量%)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约87/13)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(1)。使用该含水凝胶混合物(1)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例2同样操作,得到干燥聚合物(5)和吸水性树脂粉末(5)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)和微粉造粒物(1)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(5)发生一体化而固结成一片板的块状。干燥聚合物(5)的宽度大致相当于干燥带的宽度,长度不限,厚度为几cm。吸水性树脂粉末(5)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为18.2质量%,其与作为基准品的参考例1之差、即Δ150pass率为4.2质量%。
需要说明的是,吸水性树脂粉末(5)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(1)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(1)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,加上制造例6中添加的表面活性剂2200ppm,由此,与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含2200ppm的表面活性剂。
[实施例2]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)(固体成分率为44重量%)与通过制造例9得到的微粉造粒物(4)(固体成分率为50重量%)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(2)。使用该含水凝胶混合物(2)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例2同样操作,得到干燥聚合物(6)和吸水性树脂粉末(6)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(4)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(6)发生一体化而固结成一片板的块状。干燥聚合物(6)的宽度大致相当于干燥带的宽度,长度不限,厚度为几cm。吸水性树脂粉末(6)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为18.5质量%,其与作为基准品的参考例1之差、即Δ150pass率为4.5质量%。
此处,吸水性树脂粉末(6)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(4)的造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(2)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因制造例9中添加的表面活性剂2200ppm而与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含2200ppm的表面活性剂。
[比较例1]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例7得到的微粉造粒物(2)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(8)。使用该含水凝胶混合物(8)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例2同样操作,得到干燥聚合物(12)和吸水性树脂粉末(12)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(2)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(12)发生一体化而固结成一片板的块状。干燥聚合物(12)的宽度大致相当于干燥带的宽度,长度不限,厚度为几cm。吸水性树脂粉末(12)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为19.2质量%,其与作为基准品的参考例1之差、即Δ150pass率为5.2质量%。
此处,吸水性树脂粉末(12)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自未添加粘接控制剂的微粉造粒物(2)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末,吸水性树脂造粒颗粒包含与吸水性树脂的一次颗粒相比为等量的表面活性剂。
[比较例2]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例11得到的微粉造粒物(6)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(9)。使用该含水凝胶混合物(9)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例2同样操作,得到干燥聚合物(13)和吸水性树脂粉末(13)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(6)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(13)发生一体化而固结成一片板的块状。干燥聚合物(13)的宽度大致相当于干燥带的宽度,长度不限,厚度为几cm。吸水性树脂粉末(13)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为19.5质量%,其与作为基准品的参考例1之差、即Δ150pass率为5.5质量%。
此处,吸水性树脂粉末(13)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自未添加粘接控制剂的微粉造粒物(6)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末,吸水性树脂微粉造粒物中不含追加的粘接控制剂。
[表1]
[参考例2]
将通过制造例3得到的干燥聚合物(2)和吸水性树脂粉末(2)作为参考例2。参考例2是未将微粉造粒物回收至干燥工序中的制造方法,是实施例3-6以及比较例3和4的基准品。将参考例2、实施例3-6以及比较例3和4的结果总结示于表2。
[实施例3]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例6得到的微粉造粒物(1)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(3)。使用该含水凝胶混合物(3)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(7)和吸水性树脂粉末(7)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(1)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(7)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为12.1质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为4.7质量%。吸水性树脂粉末(7)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为14.1质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为3.3质量%。
此处,吸水性树脂粉末(7)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(1)的吸水性树脂造粒颗粒15%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(1)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因制造例6中添加的表面活性剂2200ppm而使其与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含2200ppm的表面活性剂。
[实施例4]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例8得到的微粉造粒物(3)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(4)。使用该含水凝胶混合物(4)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(8)和吸水性树脂粉末(8)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(3)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(8)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为7.7质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为0.3质量%。吸水性树脂粉末(8)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为14.1质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为3.3质量%。
此处,吸水性树脂粉末(8)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(3)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(2)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因制造例8中添加的表面活性剂800ppm而使其与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含800ppm的表面活性剂。
[实施例5]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例9得到的微粉造粒物(4)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(5)。使用该含水凝胶混合物(5)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(9)和吸水性树脂粉末(9)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(4)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(9)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为4.8质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为负2.6质量%。吸水性树脂粉末(9)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为13.7质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为2.9质量%。
此处,吸水性树脂粉末(9)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(4)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(2)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因制造例9中添加的表面活性剂2200ppm而使其与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含2200ppm的表面活性剂。
[实施例6]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例10得到的微粉造粒物(5)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(6)。使用该含水凝胶混合物(6)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(10)和吸水性树脂粉末(10)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(5)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(10)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为3.5质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为负3.9质量%。吸水性树脂粉末(10)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为13.8质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为3.0质量%。
此处,吸水性树脂粉末(10)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(5)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(2)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因制造例10中添加的表面活性剂5000ppm而使其与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含5000ppm的表面活性剂。
[比较例3]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例7得到的微粉造粒物(2)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(10)。使用该含水凝胶混合物(10)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(14)和吸水性树脂粉末(14)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(2)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(14)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为22.3质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为14.9质量%。吸水性树脂粉末(14)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为15.9质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为5.1质量%。
此处,吸水性树脂粉末(14)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自不含粘接控制剂的微粉造粒物(2)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中包含与吸水性树脂的一次颗粒相同程度的表面活性剂。
[比较例4]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例11得到的微粉造粒物(6)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(11)。使用该含水凝胶混合物(11)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(15)和吸水性树脂粉末(15)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(6)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(15)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为16.9质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为9.5质量%。吸水性树脂粉末(15)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为15.2质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为4.4质量%。
此处,吸水性树脂粉末(15)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自不含粘接控制剂的微粉造粒物(6)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物包含与吸水性树脂的一次颗粒相同程度的表面活性剂。
[表2]
[参考例3]
将通过制造例3得到的干燥聚合物(2)和通过制造例4得到的吸水性树脂粉末(3)作为参考例3。参考例3是未将微粉造粒物回收至干燥工序中的制造方法,是实施例7和比较例5的基准品。将参考例3、实施例7和比较例5的结果总结示于表3。
[实施例7]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例9得到的微粉造粒物(4)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(7)。使用该含水凝胶混合物(7)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(11)。接着,与制造例4的粉碎工序同样操作,得到吸水性树脂粉末(11)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(4)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(11)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为4.8质量%,其与作为基准品的参考例3之差、即Δ2800on率为负2.6质量%。吸水性树脂粉末(11)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为10.0质量%,其与作为基准品的参考例3之差、即Δ150pass率为2.2质量%。
此处,吸水性树脂粉末(11)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(4)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(2)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因制造例9中添加的表面活性剂2200ppm而使其与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含2200ppm的表面活性剂。
[比较例5]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例11得到的微粉造粒物(6)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(12)。使用该含水凝胶混合物(12)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(16)。接着,与制造例4的粉碎工序同样操作,得到吸水性树脂粉末(16)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(6)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(16)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为16.9质量%,其与作为基准品的参考例3之差、即Δ2800on率为9.5质量%。吸水性树脂粉末(16)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为12.1质量%,其与作为基准品的参考例3之差、即Δ150pass率为4.3质量%。
此处,吸水性树脂粉末(16)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自不含粘接控制剂的微粉造粒物(6)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物包含与吸水性树脂的一次颗粒相同程度的表面活性剂。
[表3]
[参考例4]
将通过制造例5得到的干燥聚合物(4)和吸水性树脂粉末(4)作为参考例4。参考例4是未将微粉造粒物回收至干燥工序中的制造方法,是实施例8和比较例6的基准品。将参考例4、实施例8和比较例6的结果总结示于表4。
[实施例8]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例9得到的微粉造粒物(4)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(13)。使用该含水凝胶混合物(13)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例5同样操作,得到干燥聚合物(17)和吸水性树脂粉末(17)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(4)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(17)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为5.1质量%,其与作为基准品的参考例4之差、即Δ2800on率为负2.4质量%。吸水性树脂粉末(17)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为13.2质量%,其与作为基准品的参考例4之差、即Δ150pass率为2.6质量%。
此处,吸水性树脂粉末(17)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(4)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(2)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因制造例9中添加的表面活性剂2200ppm而使其与吸水性树脂的一次颗粒相比多包含2200ppm的表面活性剂。
[比较例6]
将通过制造例1得到的颗粒状含水凝胶(1)与通过制造例11得到的微粉造粒物(6)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约83/17)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(14)。使用该含水凝胶混合物(14)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例5同样操作,得到干燥聚合物(18)和吸水性树脂粉末(18)。需要说明的是,上述即将混合之前的颗粒状含水凝胶(1)与微粉造粒物(6)的温度通过加热而分别为95℃、60℃。
干燥聚合物(18)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为17.2质量%,其与作为基准品的参考例4之差、即Δ2800on率为9.7质量%。吸水性树脂粉末(18)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为14.8质量%,其与作为基准品的参考例4之差、即Δ150pass率为4.2质量%。
此处,吸水性树脂粉末(18)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒83%和源自不含粘接控制剂的微粉造粒物(6)的吸水性树脂造粒颗粒17%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物包含与吸水性树脂的一次颗粒相同程度的表面活性剂。
[表4]
[参考例2]
将通过制造例3得到的干燥聚合物(2)和吸水性树脂粉末(2)作为参考例2。参考例2是未将微粉造粒物回收至凝胶粉碎工序中的制造方法,是实施例9和比较例7的基准品。将参考例2、实施例9和比较例7的结果总结示于表5。
[实施例9]
将通过制造例1得到的长条状的含水凝胶(1b)与通过制造例9得到的微粉造粒物(4)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约85/15)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(15)。将该含水凝胶混合物(15)、3.1质量%月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液、水和0.6MPa的水蒸气一边同时供给至螺杆挤出机一边进行凝胶粉碎。关于月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液的供给量,相对于含水凝胶混合物(15)的固体成分,使月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱达到0.15质量%。作为该螺杆挤出机,使用螺杆轴的外径为86mm且在前端部具备直径100mm、孔径8.0mm、厚度10mm的多孔板的碎肉机,进行凝胶粉碎(第一凝胶粉碎)。接着,变更为孔径4.7mm的多孔板,将通过第一凝胶粉碎而得到的粉碎凝胶进一步凝胶粉碎(第二凝胶粉碎)。所得颗粒状含水凝胶(2)的固体成分率为45质量%(含水率为55质量%)、固体成分换算的平均粒径d1为125μm、粒径小于150μm的颗粒的比例为约54质量%。使用所得颗粒状含水凝胶(2)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(19)和吸水性树脂粉末(19)。需要说明的是,上述即将混合之前的长条状含水凝胶(1b)和微粉造粒物(4)的温度通过加热而均为60℃。
干燥聚合物(19)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为7.8质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为0.4质量%。吸水性树脂粉末(19)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为13.5质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为2.7质量%。
此处,吸水性树脂粉末(19)是由源自颗粒状含水凝胶(2)的吸水性树脂的一次颗粒85%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(4)的吸水性树脂微粉造粒物15%构成的吸水性树脂粉末,与吸水性树脂的一次颗粒相比,通过追加源自制造例9中添加的粘接控制剂(浓度为0.253%)的月桂基二甲基氨基甜菜碱而使吸水性树脂造粒颗粒中包含2200ppm。
[比较例7]
将通过制造例1得到的长条状的含水凝胶(1b)与通过制造例11得到的微粉造粒物(6)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约85/15)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(16)。将该含水凝胶混合物(16)、3.1质量%月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液、水和0.6MPa的水蒸气一边同时供给至螺杆挤出机一边进行凝胶粉碎。月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液的供给量相对于含水凝胶混合物(16)的固体成分为0.15质量%。作为该螺杆挤出机,使用螺杆轴的外径为86mm且在前端部具备直径100mm、孔径8.0mm、厚度10mm的多孔板的碎肉机,进行凝胶粉碎(第一凝胶粉碎)。接着,变更为孔径4.7mm的多孔板,将通过第一凝胶粉碎得到的粉碎凝胶进一步凝胶粉碎(第二凝胶粉碎)。所得颗粒状含水凝胶(3)的固体成分率为45质量%(含水率为55质量%)、固体成分换算的平均粒径d1为128μm、粒径小于150μm的颗粒的比例为约54质量%。使用所得颗粒状含水凝胶(3)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(20)和吸水性树脂粉末(20)。需要说明的是,上述即将混合之前的长条状含水凝胶(1b)与微粉造粒物(6)的温度通过加热而均为60℃。
干燥聚合物(20)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为17.8质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为10.4质量%。吸水性树脂粉末(20)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为15.3质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为4.5质量%。
[表5]
[制造例12]
(聚合工序)
将丙烯酸、48.5质量%的氢氧化钠水溶液、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA、平均分子量:523)和去离子水进行混合,将所得混合液的温度保持至90℃。接着,一边搅拌该混合液,一边添加3质量%的过硫酸钠(NaPS)水溶液,由此制成单体水溶液。该单体水溶液中的单体浓度为43质量%、中和率为71摩尔%、PEGDA浓度为0.07摩尔%(相对于单体)、NaPS浓度为0.05摩尔%(相对于单体)。
在添加前述过硫酸钠水溶液后,立即开始聚合反应,在3分钟后得到带状的含水凝胶(2a)。
(凝胶粉碎工序)
通过前述聚合工序得到的带状的含水凝胶(2a)使用碎肉机进行凝胶粉碎。需要说明的是,将带状的含水凝胶(2a)投入至碎肉机时,添加温度为80℃的温水。此外,在碎肉机的排出口的前端设置有孔径为7.5mm的多孔板。制造例1中的凝胶粉碎后的含水凝胶(以下称为“颗粒状含水凝胶(4)”)的质均粒径(D50)为1.7mm,含水率为53质量%。
(干燥工序)
将通过前述凝胶粉碎工序得到的颗粒状含水凝胶(4)以平均厚度达到5cm的方式层叠在网眼为20目的金属网上,使用通气干燥机(佐竹化学机械工业公司制:型号71-S6)进行干燥。关于干燥条件,通过通入20分钟的190℃热风而进行干燥,制成干燥聚合物(21)。该干燥没有问题地结束,在干燥聚合物中未观察到未干燥物。干燥聚合物的含水率为5质量%。需要说明的是,本实施例中使用的通气干燥机与通气带干燥机除了间歇式与连续式的差异之外的干燥行为基本相同,因此,本结果也可应用于通气带干燥机。
(粉碎工序、分级工序)
通过前述干燥工序而得到的干燥聚合物(21)在利用辊磨机粉碎后,使用网眼为850μm和150μm的两种筛进行分级。残留在网眼850μm的筛上的干燥聚合物反复进行粉碎和分级,直至其总量穿过网眼850μm的筛为止。通过该操作,得到残留在网眼150μm的筛上的粉末状的表面交联前的吸水性树脂粉末(21)和穿过网眼150μm的筛的微粉(3)。
(表面交联工序、表面改性剂的添加工序)
制作包含碳酸亚乙酯0.3质量份、丙二醇0.5质量份和去离子水2.7质量份的表面交联剂水溶液。一边搅拌前述表面交联前的吸水性树脂(21)100质量份,一边喷雾该表面交联剂水溶液3.5质量份进行混合。其后,通过将所得混合物以200℃热处理40分钟来进行表面交联。
接着,一边进行搅拌冷却,一边添加包含27质量%的硫酸铝水溶液1质量份、60质量%的乳酸钠水溶液0.2质量份的添加剂水溶液,制成表面交联后的吸水性树脂粉末(21)。
(整粒工序)
将通过前述操作而得到的表面交联后的吸水性树脂(21)使用网眼为850μm和150μm的两种筛进行分级。针对残留在网眼850μm的筛上的聚集体状的吸水性树脂进行碎解聚集、分级,直至其总量穿过网眼850μm的筛为止。通过该操作,得到残留在网眼150μm的筛上的吸水性树脂(21)和穿过网眼150μm的筛的微粉(4)。
吸水性树脂(21)的无加压下吸水倍率(CRC)为27g/g、0.7psi下的加压下吸水倍率(AAP)为24g/g、生理盐水流动感应性(SFC)为120×10-7×cm3×s×g-1。
将前述微粉(3)与微粉(4)以17:3的比例进行混合,制成微粉(5)。微粉(5)的质均粒径(d3)为91μm。
(微粉造粒物的制造)
[制造例13]
将制造例12中得到的微粉(5)60g加热至75℃后,利用在烘箱中预先加热至80℃的进料切割机,一边搅拌微粉(5)一边用3秒添加82℃的去离子水28g,接着,用2秒添加25℃的0.1质量%聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯(TWEEN60)水溶液12g,即相对于微粉(5)而添加聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯200ppm,进行微粉造粒。所得微粉造粒物(7)的固体成分率为60质量%。
[制造例14]
将制造例12中得到的微粉(5)60g加热至78℃后,利用在烘箱中预先加热至80℃的进料切割机,一边搅拌微粉(5)一边用4秒添加79℃的水28g,接着,用2秒添加25℃的1质量%月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液6g,即相对于微粉(5)而添加月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱1000ppm,进行微粉造粒。所得微粉造粒物(8)的固体成分率为60质量%。
[实施例10]
将通过制造例(13)得到的微粉造粒物(7)80g投入至设想了配管或斗式输送机的圆筒型塑料容器(直径:8cm)中进行运输,在前述微粉(5)与去离子水开始混合的时刻、即造粒开始起经过2.5分钟后,添加至通过制造例12得到的颗粒状含水凝胶(4)360g中。需要说明的是,在即将用前述灰浆混合器进行混合之前的微粉造粒物(7)和颗粒状含水凝胶(4)的温度分别为67℃、55℃。其后,立即用将容器预先加热至80℃的灰浆混合器(西日本试验机公司制)混合10秒钟,得到含水凝胶混合物(17)。
(干燥工序)
其后,将含水凝胶混合物(17)层叠在网眼20目的金属网上,使用与制造例12相同的通气干燥机来进行干燥。干燥条件设为:热风温度为190℃,干燥时间为20分钟。此外,在金属网上的平均厚度为5cm。该干燥没有问题地结束,在干燥聚合物(22)中没有未干燥物。干燥聚合物(22)的含水率为5质量%。需要说明的是,该干燥工序模拟了制造例12的干燥工序,设为与制造例12相同的条件。
针对前述干燥工序中得到的干燥聚合物(22),进行与制造例12的粉碎工序相同的操作,制造吸水性树脂粉末(22)。吸水性树脂粉末(22)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为9.5质量%。
此处,吸水性树脂粉末(22)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒78%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(7)的吸水性树脂造粒颗粒22%构成的吸水性树脂粉末,与吸水性树脂的一次颗粒相比,通过追加源自制造例13中添加的粘接控制剂的聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯而使吸水性树脂微粉造粒物中包含200ppm。
[实施例11]
实施例10中,从微粉造粒物(7)变更为微粉造粒物(8),除此之外,与实施例10同样操作,得到含水凝胶混合物(18)、干燥聚合物(23)和吸水性树脂粉末(23)。吸水性树脂粉末(23)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为9.2质量%。需要说明的是,即将用前述灰浆混合器进行混合之前的微粉造粒物(8)和颗粒状含水凝胶(4)的温度分别为65℃、55℃。
此处,吸水性树脂粉末(23)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒78%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(8)的吸水性树脂造粒颗粒22%构成的吸水性树脂粉末,与吸水性树脂的一次颗粒相比,通过追加源自制造例14中添加的粘接控制剂的月桂基二甲基氨基甜菜碱而使吸水性树脂微粉造粒物中包含1000ppm。
[表6]
[制造例15]
制造例9中,将粘接控制剂水溶液的有效成分浓度设为1.15质量%,将粘接控制剂的添加量设为相对于微粉(2)的固体成分为5000ppm,除此之外,与制造例6同样操作,得到微粉造粒物(9)。微粉造粒物(9)的固体成分率为64质量%。
[实施例12]
将通过制造例1得到的95℃的颗粒状含水凝胶(1)(固体成分率为44重量%)与通过制造例15得到的60℃的微粉造粒物(9)(固体成分率为64质量%)以质量比达到85/15(以固体成分比计为约80/20)的方式进行混合,得到含水凝胶混合物(19)。使用该含水凝胶混合物(19)来代替颗粒状含水凝胶(1),除此之外,与制造例3同样操作,得到干燥聚合物(24)和吸水性树脂粉末(24)。
干燥聚合物(24)中的未穿过网眼2800μm的筛的颗粒的比例(2800on率)为8.2质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ2800on率为0.8质量%。吸水性树脂粉末(24)中的穿过网眼150μm的筛的颗粒的比例(150pass率)为12.1质量%,其与作为基准品的参考例2之差、即Δ150pass率为1.3质量%。需要说明的是,吸水性树脂粉末(24)的固体成分率为98.3质量%、质均粒径(d2)为343μm。
此处,吸水性树脂粉末(24)是由源自颗粒状含水凝胶(1)的吸水性树脂的一次颗粒80%和源自包含粘接控制剂的微粉造粒物(9)的吸水性树脂微粉造粒物20%构成的吸水性树脂粉末。吸水性树脂微粉造粒物中,在吸水性树脂微粉(2)所包含的表面活性剂1500ppm的基础上,因添加了在制造例15中添加的表面活性剂5000ppm,从而与吸水性树脂的一次颗粒相比追加包含5000ppm的表面活性剂。
[表7]
(总结)
在表1中,回收向微粉(1)中添加粘接控制剂并造粒而得的微粉造粒物(1),与颗粒状含水凝胶(1)一同用通气带式干燥机进行干燥,并历经粉碎工序而得到的实施例1的Δ150pass率小于使用未添加粘接控制剂地造粒的微粉造粒物(2)得到的比较例1的Δ150pass率。由实施例1与比较例1的对比可知:为了降低微粉产生量,重要的是添加粘接控制剂。
在表1中,回收向微粉(2)中添加粘接控制剂并造粒而得的微粉造粒物(4),与颗粒状含水凝胶(1)一同用通气带式干燥机进行干燥,历经粉碎工序而得到的实施例2的Δ150pass率小于使用未添加粘接控制剂地造粒的微粉造粒物(6)而得的比较例2的Δ150pass率。由实施例2与比较例2的对比可知:为了降低微粉产生量,重要的是添加粘接控制剂。
在表1和表2中,由实施例1与实施例3的对比以及实施例2与实施例4的对比可知:与使用通气带式干燥机得到的吸水性树脂粉末的Δ150pass率相比,使用旋转型干燥机得到的吸水性树脂粉末的Δ150pass率小,优选使用旋转型干燥机。
在表2中,回收向微粉(1)中添加粘接控制剂并造粒而得的微粉造粒物(1),与颗粒状含水凝胶(1)一同用旋转型干燥机进行干燥而得到的实施例3的干燥聚合物的Δ2800on率小于使用未添加粘接控制剂地造粒的微粉造粒物(2)得到的比较例3的Δ2800on率。进而,将干燥聚合物粉碎而得的实施例3的Δ150pass率小于比较例3的Δ150pass率。由实施例3与比较例3的对比可知:为了抑制微粉造粒时的大颗粒化且降低微粉产生量,重要的是添加粘接控制剂。
在表2中,回收在微粉(2)中变更粘接控制剂的添加量并造粒而得的微粉造粒物(3)~(5),与颗粒状含水凝胶(1)一同用旋转型干燥机进行干燥而得到的实施例4-6的干燥聚合物的Δ2800on率小于使用未添加粘接控制剂地造粒的微粉造粒物(6)而得的比较例4的Δ2800on率。进而,将干燥聚合物粉碎而得的实施例4-6的Δ150pass率小于比较例4的Δ150pass率。由实施例4-6与比较例4的对比可知:为了抑制微粉造粒时的大颗粒化且降低微粉产生量,重要的是添加粘接控制剂。
在表3中,回收向微粉(2)中添加粘接控制剂并造粒而得的微粉造粒物(4),与颗粒状含水凝胶(1)一同用旋转型干燥机进行干燥而得到的实施例7的干燥聚合物的Δ2800on率小于使用未添加粘接控制剂地造粒的微粉造粒物(6)而得的比较例5的Δ2800on率。进而,将干燥聚合物粉碎而得的实施例7的Δ150pass率小于比较例5的Δ150pass率。由实施例7与比较例5的对比可知:无论粉碎工序的强度,为了抑制微粉造粒时的大颗粒化且降低微粉产生量,重要的均是添加粘接控制剂。
在表4中,回收向微粉(2)中添加粘接控制剂并造粒而得的微粉造粒物(4),与颗粒状含水凝胶(1)一同用旋转型干燥机进行干燥而得到的实施例8的干燥聚合物的Δ2800on率小于使用未添加粘接控制剂地造粒的微粉造粒物(6)而得的比较例6的Δ2800on率。进而,将干燥聚合物粉碎而得的实施例8的Δ150pass率小于比较例6的Δ150pass率。由实施例8与比较例6的对比可知:无论表面交联的有无,为了抑制微粉造粒时的大颗粒化且降低微粉产生量,重要的均是添加粘接控制剂。此外,实施例8中,用150pass率表示的微粉产生量减少,因此,AAP(加压下吸水性能)提高,显示出与不回收微粉造粒物地获得的参考例4相同程度的性能。
在表5中,将向微粉(2)中添加粘接控制剂并造粒而得的微粉造粒物(4)回收至凝胶粉碎工序而得的实施例9的干燥聚合物的Δ2800on率小于使用未添加粘接控制剂地造粒的微粉造粒物(6)得到的比较例7的Δ2800on率。进而,将干燥聚合物粉碎而得的实施例9的Δ150pass率小于比较例7的Δ150pass率。由实施例9与比较例7的对比可知:在将微粉造粒物回收至凝胶粉碎工序的实施方式中,为了抑制微粉造粒时的大颗粒化且降低微粉产生量,重要的也是添加粘接控制剂。
在表6中,如聚集崩坏度的结果所示可知:向微粉中添加经加热的水性液体(温水),进而添加表面活性剂水溶液并造粒时,能够获得具有高流动性的造粒凝胶。
由实施例10和11可知:作为本发明的表面活性剂,不仅可使用作为两性表面活性剂的月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱,也可以同样地使用非离子性的聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯。
由实施例12可知:即使微粉造粒物的固体成分率高(固体成分率为64质量%)也能够实施。
进而,本发明中得到的吸水性树脂粉末是由吸水性树脂一次颗粒和包含粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物构成的吸水性树脂粉末,其向相对不耐受机械损伤的微粉造粒物中添加了粘接控制剂(表面活性剂)(与源自含水凝胶的干燥物的吸水性树脂一次颗粒相比添加得更多),因此,即使制成包含吸水性树脂微粉造粒物的吸水性树脂粉末也很耐受机械损伤,且粉体流动性也良好。
需要说明的是,上述制造例、实施例和比较例中得到的吸水性树脂粉末是在进行整粒工序中的分级步骤之前的不是最终制品的吸水性树脂粉末。
产业上的可利用性
通过本发明而得到的吸水性树脂粉末适合于纸尿布等卫生用品的吸收体用途。
Claims (17)
1.一种吸水性树脂粉末的制造方法,其包括如下工序:
干燥工序,将以含酸基的不饱和单体作为主成分而得到的颗粒状含水凝胶状交联聚合物干燥,从而得到干燥聚合物;以及
微粉造粒工序,向由吸水性树脂制成的微粉中添加粘结剂和粘接控制剂,从而得到微粉造粒物,
将所述微粉造粒物回收至所述干燥工序或所述干燥工序前的任意工序中。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其中,在所述微粉造粒工序中,作为所述粘结剂而添加水蒸气。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法,其中,所述粘接控制剂为表面活性剂。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的制造方法,其中,所述干燥工序中的干燥方法为搅拌干燥。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的制造方法,其中,所述微粉的主成分为聚(甲基)丙烯酸(盐)系交联聚合物,
所述微粉的质均粒径小于150μm。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的制造方法,其还具有如下工序:
表面交联工序,对所述颗粒状含水凝胶状交联聚合物和/或干燥聚合物进行表面交联;以及
整粒工序,对所述干燥聚合物和/或经表面交联的干燥聚合物的粒度进行调整,
所述微粉是在所述整粒工序中获得的。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的制造方法,其中,所述微粉造粒物包含经表面交联的微粉。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的制造方法,其中,所述粘接控制剂的添加量相对于所述微粉以固体成分换算为0.001~2.0质量%。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的制造方法,其中,在所述微粉造粒工序中,以水溶液的形式添加所述粘接控制剂。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的制造方法,其中,相对于所述微粉,每单位时间添加1质量%以上且100质量%以下的所述水蒸气。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的制造方法,其中,所述微粉造粒物的固体成分率为30质量%以上且80质量%以下。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的制造方法,其中,在所述干燥工序中,使用具有选自通气加热式、外壁加热式和管状加热式中的1种或2种以上加热手段的搅拌干燥机。
13.根据权利要求12所述的制造方法,其中,所述干燥工序中的搅拌干燥机内部的气氛露点为60~100℃。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的制造方法,其中,在回收所述微粉造粒物的所述干燥工序或所述干燥工序前的任意工序中,所述微粉造粒物和所述颗粒状含水凝胶状交联聚合物的温度为50℃以上且100℃以下。
15.一种吸水性树脂粉末,其是通过权利要求1~14中任一项所述的制造方法而得到的。
16.根据权利要求15所述的吸水性树脂粉末,其中,所述吸水性树脂粉末含有包含粘接控制剂的吸水性树脂微粉造粒物,
所述粘接控制剂为表面活性剂,
所述吸水性树脂微粉造粒物中的表面活性剂量多于所述吸水性树脂粉末中的表面活性剂的平均量。
17.根据权利要求15或16所述的吸水性树脂粉末,其中,所述吸水性树脂粉末所包含的粒径小于150μm的颗粒的比例为15质量%以下。
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