JP2005298680A - 吸水性樹脂の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸水倍率が大きく、可溶分と残存単量体の少ない吸水性樹脂を製造する。
【解決手段】単量体混合物供給装置を有するターンテーブル型重合機と重合体ゲル排出装置を備えた吸水性樹脂連続製造装置であって、ターンテーブル上に堰で仕切られた升を一つ以上持つターンテーブルで重合を行う吸水性樹脂連続製造装置および製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸水性樹脂連続製造装置に関するものである。詳しく述べると、吸水倍率が大きく、かつ可溶分の少ない吸水性樹脂が製造可能な堰で仕切られた升をターンテーブル上に一つ以上持ち、高生産性を有するターンテーブル型の吸水性樹脂連続製造装置に関する。

近年、自重の数十倍から数百倍の水を吸収する吸水性樹脂が開発され、生理用品や紙おむつ等の衛生材料分野をはじめとして、農園芸用分野、鮮度保持などの食品分野、結露防止や保冷材等の産業分野等、吸水や保水を必要とする用途に種々の吸水性樹脂が使用されている。
このような吸水性樹脂としては、例えば、デンプン−アクリルニトリルグラフト重合体の加水分解物（特許文献１）、デンプン−アクリル酸グラフト重合体の中和物（特許文献２）、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物（特許文献３）、アクリロニトリル共重合体もしくはアクリルアミド共重合体の加水分解物（特許文献４）、またはこれらの架橋体、逆相懸濁重合によって得られた自己架橋型ポリアクリル酸ナトリウム（特許文献５）、ポリアクリル酸部分中和物架橋体（特許文献６）等が知られている。

従来、吸水性樹脂を製造する方法としては、水溶液重合法などの技術が知られており、この例としては、特定容器内で親水性ビニル系単量体水溶液を断熱重合する方法（例えば、特許文献７など）、双腕ニーダー内で、攪拌により重合体ゲルを砕断しながら重合する方法（例えば、特許文献８など）、ベルト上で静置重合するベルト式連続製造装置（例えば、特許文献９など）を挙げることができる。
また、液状反応成分を少なくとも厚さ１０ｍｍの層として可動性無端回転支持ベルト上に適用して重合させるものにおいて、該液状反応成分を該支持ベルトから連続的に形成される凹部に収容するとともに、該反応成分が重合中に該支持ベルトの凹部形状を延ばされた平坦なベルト形状に連続的に転化し、および、生成したポリマーリボンゲルが該支持ベルトの曲げられた凹部形状を該延ばされた平坦なベルト形状に転化する際、側端部から該支持ベルトから形成された凹部の中心に向かって連続的に分離されることを特徴とする水溶性モノマーから重合体および共重合体を連続的に製造する方法、および装置が提案されている（特許文献１０）。

しかしながら、このような装置を用いる場合には、凹部横断面が椀状形状となるために、供給される液状原料および生成する吸水性樹脂の断面形状も椀状形状となり、その中央部と両端部とでは厚さが異なる。このため、例えば下面よりの冷却速度が中央部と両端部とでは異なり、均一な品質の吸水性樹脂は得られ難いという欠点があった。
ベルト式連続重合機においては、ベルト上の堰が設置された範囲内で重合を開始し、重合体ゲルが確実に出来る様に反応速度を常にコントロールする必要がある。万一、堰の設置された範囲内で重合体ゲルが出来ないときは、ベルト上から液状原料の水溶性単量体が漏れ出す欠点があった。ベルトに支持されている吸水性樹脂連続製造装置（特許文献９）は、除熱面が主として重合体ゲルのベルト接触面のみであり、重合体ゲルの高さ（厚さ）に制約がある。さらに、この装置の場合、熱膨張に伴うベルトの伸びを考慮する必要があった。

特公昭４９−４３３９５号公報 特開昭５１−１２５４６８号公報 特開昭５２−１４６８９号公報 特公昭５３−１５９５９号公報 特開昭５３−４６３８９号公報 特開昭５５−８４３０４号公報 特開昭５５−１０８４０７号公報 特開昭５７−３４１０１号公報 特開２０００−１７００４号公報 特開昭６２−１５６１０２号公報

本発明の目的は、重合機から単量体混合物が漏れることなく重合ゲル化反応を開始させて重合ゲル化反応速度のコントロールが行え、重合ゲル化反応熱を除去するための冷却と所定の反応率まで反応を完結するための加熱が容易で、重合体ゲルが重合機から離型し易い吸水性樹脂連続製造装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、高い生産性を有し吸水倍率が大きく、かつ可溶分と残存単量体の少ない吸水性樹脂連続製造装置およびそのような吸水性樹脂の製造方法を提供することにある。

上記諸目的は、下記（１）〜（８）により達成される。
（１）単量体混合物供給装置を有するターンテーブル型重合機と重合体ゲル排出装置を備えた吸水性樹脂連続製造装置であって、ターンテーブル上に堰で仕切られた升を一つ以上持つターンテーブルで重合を行う吸水性樹脂連続製造装置である。
（２）ターンテーブル上に設置された夫々の升の開口部面積を底部面積で割った値が１以上であるターンテーブルを使用する前記（１）に記載の吸水性樹脂連続製造装置である。（３）夫々の升の開口部面積が、２５ｃｍ^２以上で、堰の高さが２５０ｍｍ以下であるターンテーブルを使用する前記（１）から（２）のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置である。
（４）ターンテーブルの単量体混合物およびまたは重合体ゲルとの接液部がテフロン（登録商標）コーティングされている前記（１）から（３）のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置である。
（５）単量体混合物供給装置から回転方向に０．１〜５ｍ以内に設けられたターンテーブル上の重合体ゲル表面温度を測定するための温度計、またはターンテーブル上の堰の上部から垂直方向に０．５ｃｍ〜３ｍ離れた位置の気相部ガス温度を測定するための温度計の指示値が一定になるように、ターンテーブルの回転速度と単量体混合物供給量を手動または自動調整する前記（１）から（４）のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置である。
（６）ターンテーブル上に設置された堰に、不活性ガスが供給出来る前記（１）から（５）のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置である。
（７）重合機内の湿度を湿度計で測定し、該湿度を一定に保つように不活性ガス供給口からの不活性ガス供給量を手動または自動調整する前記（１）から（６）のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置である。
（８）前記（１）から（７）のいずれかに記載の装置を用いる吸水性樹脂の製造方法である。

本発明は、吸水倍率が大きく、可溶分と残存単量体の少ない吸水性樹脂を製造する事ができる。

つぎに、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１および図６は、本発明による吸水性樹脂連続製造装置全体の構成を示す断面図および斜視図であり、また、図２，図３，図４，図５，図７，図８，図９，図１０は、装置各部の詳細例を示した。
すなわち、図１、図２，図６に示すように、吸水性樹脂連続製造装置は、ＶＶＶＦ（インバーター）モーター３等の動力源に、必要により変速機等（いずれも図示せず）を介して連結された回転軸２６の設けられたターンテーブル５と、ターンテーブル上に設けられた堰１３、堰で囲われた升４６、ターンテーブルの一部を窒素シールするためのターンテーブルカバー２７、ターンテーブル上の重合体ゲルを冷却するための設備７，８，９、または加熱するための設備１０，１１，１２、ターンテーブル回転用ローラー兼過重受け１５，１６，１７，１８等から構成されている。

必要に応じてターンテーブル５の回転軸２６の外側に不活性ガス供給口１４が設けられ、この不活性ガス供給口から供給された不活性ガスは、図３に示すように、ターンテーブル上の堰１３の内側に設けられた不活性ガス流路３５を通り、ターンテーブル上の不活性ガス出口３４から出る。不活性ガスはターンテーブル上の堰１３内に供給された単量体混合物の攪拌と、重合後の重合体ゲルをターンテーブル上の升から剥離しやすくする効果が得られる。
装置の上部には、単量体混合物供給装置１，重合体ゲル排出装置２８が設けられている。さらに、覗き窓４、照明２３、放射温度計６,３１，３２、気相部ガス温度計２１，２２，３３、湿度計４４が設けられている。

図５に示すように、重合体ゲル排出装置２８の例としては、自動弁３６，３７、上下、左右に移動できるロボットアーム４３、重合体ゲル吸着口３８、重合体ゲル４０を吸着、排出するための真空ポンプ４１配管とＡｉｒ４２配管を接続するフレキシブルチューブ３９、などから構成されるものが用いられる。吸水性樹脂連続製造装置からの重合体ゲル４０の排出は、重合体ゲル吸着口３８をターンテーブル５上の堰１３内の重合体ゲル４０表面に押し付け、真空ポンプ４１で吸引することにより重合体ゲルを持ち上げる。ロボットアーム４３は解砕機の投入口へ移動したあと、自動弁３６，３７が真空ポンプ４１からＡｉｒ４２に切り替えられることにより、重合体ゲルは重合体ゲル吸着口３８から離れ、解砕機へ排出される。

ターンテーブルカバー２７に設けられた重合体ゲル４０の表面温度を測定する放射温度計６，３１，３２、およびまたはターンテーブル５上の堰１３の上部から０．５ｃｍ〜３ｍ離れた位置の気相部ガス温度が測定出来る様に気相部ガス温度計２１，２２，３３が設けられている。
さらに、覗き窓４と照明２３が単量体混合物の重合ゲル化反応を目視で監視するために設けられている。装置の下部には、回転するターンテーブル５の底部からターンテーブル上の升４６内の重合体ゲル４０を冷却するための冷却設備７，８，９、または加熱するための加熱設備１０，１１，１２が、必要により一つ以上設けられている。

均一な品質の吸水性樹脂を得るために、単量体混合物は単量体混合物供給装置１によってターンテーブル上の升４６の底から５〜２５０ｍｍの高さまで間欠または連続的に供給される。単量体混合物の重合ゲル化反応の開始は、単量体混合物供給装置１から回転方向に０．１〜５ｍの位置に設置された放射温度計６、または気相部ガス温度計２１の温度上昇で検知する。放射温度計６または気相部ガス温度計２１の指示温度が一定になるように、単量体混合物供給量およびまたはターンテーブルの回転速度は手動または自動調整される。
単量体混合物供給量は送液ポンプの回転数やストロークで行う方式、またはポンプや圧送で送液し流量調整バルブで供給流量を調節する方式、などを用いて手動または自動調整される。ターンテーブルの回転速度は、変速機付きモーター、または変速機の付いたＶＶＶＦモーター、またはＶＶＶＦモーターの回転数を替える事、などで手動または自動調整される。

放射温度計６または気相部ガス温度計２１からターンテーブルの回転方向に同一半径の円周上で０．２５〜５ｍ離れた位置に放射温度計３１または気相部ガス温度計２２が設けられている。放射温度計３１または気相部ガス温度計２２の指示温度が一定になるように冷却設備７，８，９の冷却水量、または加熱設備１０，１１，１２の温水量が手動または自動調整され、放射温度計３１または気相部ガス温度計２２の指示温度は一定にされる。
さらに放射温度計３１または気相部ガス温度計２２からターンテーブル５の回転方向に同一半径の円周上で０．２５〜１０ｍ離れた位置から重合体ゲル排出口までの間に、放射温度計３２または気相部ガス温度計３３が設けられている。放射温度計３２または気相部ガス温度計３３の指示温度が一定になるように、冷却設備７，８，９の冷却水量または加熱設備１０，１１，１２の温水量が手動または自動調整される。

不活性ガス供給口２４は、ターンテーブルカバー２７にターンテーブルの回転方向に一つ以上設けられ、不活性ガス供給口２４毎に温度の異なる加熱した不活性ガスが供給される。不活性ガスは、重合機内の酸素の混入防止、酸素濃度の低減と酸素濃度維持、重合熱除去や重合熱で重合体ゲル表面から蒸発する水分の除去、湿度調整、などのために供給される。
湿度計４４は重合機内の湿度を測定するためにターンテーブルカバー２７上でターンテーブルの回転方向、およびまたは不活性ガス出口２５に一つ以上設けられる。重合機内の湿度を一定に保つために、不活性ガスの供給量が湿度計の指示値を元に手動また自動調整される。重合機内の湿度が低く調整されることにより、重合体ゲル４０表面から蒸発する水分量が多く出来ると同時に、水分が蒸発するために必要な蒸発潜熱分に相当する熱量が重合体ゲルから除去されることによって、重合時等の温度が一定に保たれ、品質が一定の含水量２０〜６０％の解砕しやすい粗乾燥された重合体ゲルが得られる。

すなわち、本発明の吸水性樹脂連続製造装置は重合ゲル化反応状態を常に監視し、反応中の重合体ゲル４０の温度を一定にすること、さらに、ターンテーブル５上の升４６の開口部面積を底部面積よりも大きくすると、ターンテーブル５上の升４６内から離型し易くなり、重合体ゲルの重合、熟成、粗乾燥の工程を一つの装置で行うことによってターンテーブル上の升から離型し易い重合体にし、重合体ゲルを解砕しやすい重合体に出来る。
図３に示すように、本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、ターンテーブル５上の升４６内で重合体ゲルとの接触面を５面有し、堰１３と重合体ゲルとの非接触部分の面積を放熱部分として使用出来るので、除熱面積を多く取ることが出来る。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置はターンテーブル５上の升４６内で重合ゲル化反応を行うため、液状原料の単量体混合物の重合ゲル化を開始する位置がずれてもターンテーブル上から液状原料の単量体混合物が漏れない。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置はターンテーブル５上の堰１３の不活性ガス出口３４から升４６内の単量体混合物中に不活性ガスが供給出来るので、ターンテーブル５上の升４６内に供給された単量体混合物を不活性ガスで攪拌することが出来る。さらに、不活性ガス出口３４から供給された不活性ガスは重合体ゲルがターンテーブル５上の升４６内から剥離し易くする。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置は重合ゲル化反応状態を検知し、常に反応状態が一定になるように単量体混合物の供給量を手動または自動調整出来ること、反応後の重合体ゲルの温度を一定に保つための冷却、加熱が手動または自動調整出来ること、などを特徴として有する。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、ターンテーブル５を回転するためのモーター及び変速機３等の駆動装置を回転軸２６の上部、下部、またはターンテーブル５の外周部（図７）に設ければよく、設置場所によってターンテーブル５を回転させる方法を選択できる。なお、ターンテーブルを回転させるための駆動装置をターンテーブルの上部または下部に設けたとき、ターンテーブルを支持しているのは回転軸２６のみとなり、ターンテーブルの温度変化による伸縮はターンテーブルの外周部で吸収できるため、伸縮を吸収する装置が不要にも出来る。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、ターンテーブルを回転するために設けるターンテーブル回転用ローラー兼過重受け１５，１６，１７，１８を、ターンテーブルの大きさによってターンテーブル下部に一つ以上設けられるという特徴を有している。例えば、ターンテーブルの直径が１ｍ程度の場合は、外周部のターンテーブル回転用ローラー兼過重受けは不要であるが、１０ｍ程度に大きくなったときは、中心部から外周部まで１ｍ程度の間隔でターンテーブル回転用ローラー兼過重受けを設けることが好ましい。ターンテーブル回転用ローラー兼過重受けは、より好ましくはターンテーブルの中心部と外周部に設けられる。さらに好ましくは、図１０に示すようにターンテーブルの中心部、外周部およびその中間部（半径の１／２）の位置に設けられる。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置はターンテーブル補強材４５によってターンテーブルの厚さを１ｍｍ以下まで薄く出来ると同時に、同補強材４５は冷却、加熱板として使用できるので、伝熱面積を多く取れ、冷却または加熱効率をさらに高めることが出来る。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置の冷却装置に用いられる冷媒としては、水、冷凍水、３０℃以下に冷却された不活性ガス等を用いることが出来、加熱装置に用いられる熱源としては、温水、熱媒、３０℃以上に加熱された不活性ガスや伝熱ヒーター等が使用出来る特徴を有する。伝熱ヒーターなどを使用する場合、ターンテーブル上部のターンテーブルカバー２７内に設置することが好ましい。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、ターンテーブル５上の升４６内に供給する単量体混合物量を少なくして、重合ゲル化反応後の重合体ゲルの厚さを５０ｍｍ以下にすると、加熱冷却装置を設けなくて、不活性ガスのみで冷却または加熱が出来る。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、ターンテーブル５上の升４６内にさらに小さな堰（図示せず）を設け、升内の重合体ゲルの大きさを小さくすることにより、重合体ゲルを解砕せずに乾燥機で乾燥出来る。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、ターンテーブル５上の升４６や堰の内面に凹凸を設け、重合体ゲルを剥離し易くすることが出来る。凹凸の大きさや形状はどんな形でもかまわない。一例として丸型、ひし形、三角形、Ｖ型などが挙げられ、大きさは各周の長さが１〜２０ｍｍ、深さは１ｍｍ以下が好ましく、さらに、各周の長さが１〜１０ｍｍ、深さは０．５ｍｍ以下が好ましい。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置の重合機からの重合体ゲル排出方法として、図５に示すように、重合体ゲルを吸着口で吸着して排出する方法の他に、重合体ゲルを串刺しにして排出する方法、重合体ゲルを掃除機の様に吸入して取り出す方法、などを用いことが出来る。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置の最大の特徴を出すための付随機器の好ましい形態は、ほぼ直下に解砕機、乾燥機、粉砕機の順番で垂直方向に設置することにより、重合体ゲルの移送は重力落下で出来、空送ニューマなどの移送装置は不要となる設備を組め、しかも、垂直方向の空間を利用出来る。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置で重合を安定に行うには、内部を不活性ガスで置換することが好ましい。重合機内の酸素濃度は常設または仮設の酸素濃度計で測定され、酸素濃度は３ｖｏｌ％以下が好ましく、２ｖｏｌ％以下はさらに好ましく、０．５ｖｏｌ％以下は最も好ましい。
不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等を用いることが出来る。使用する不活性ガスは、重合体ゲルの冷却または加熱、重合機内の湿度調整に利用出来る。不活性ガスは、好ましくは水分を含まない乾燥状態のガスである。乾燥ガスが好ましい理由としては、重合体ゲル中の水の蒸発除去が１００℃以下の重合温度でも出来ると同時に、水の蒸発潜熱によって、重合体ゲルの温度上昇を抑えることが出来る。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、単量体混合物供給装置１からターンテーブル５の回転方向に、好ましくはターンテーブル５の５０％以上、さらに好ましくは５０〜９５％、最も好ましくは７５〜９５％の面積をターンテーブルカバーで覆い、重合反応域を不活性ガスでシールするように構成されている。ターンテーブルカバー２７の内側に仕切り板をつけると、内部温度や湿度を仕切り（区画）毎に変えることが出来る。仕切り板５０は、図８，図９に示したように、ターンテーブル５の堰１３の上部垂直方向に０．５〜３ｃｍ離れた位置からターンテーブルカバーまで設けるのが好ましい。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置は耐食性ならびに耐久性のある材料が使用できる。例えば、架台などの装置躯体部はカーボンスチール製、また、耐食性と耐久性の両方が必要な部分はステンレス鋼製、合成樹脂製等が挙げられる。

酸性の単量体混合物に好適な合成樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリアセタール、ナイロン、セルロース、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレートのような合成樹脂、あるいは天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、クロロプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、ニトリル・イソプレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのようなゴム材料、あるいはガラス、グラファイト、ブロンズおよびモリブデンジサルファイドのような無機充填剤、あるいはポリイミドのような有機充填剤で複合体を作り補強した前記合成樹脂などを含む。

特に好ましい物質としては、ニトリルゴム、シリコーンゴム、クロロプロピレンゴムのようなゴムやポリエチレンテトラフルオライド、ポリエチレントリフルオライド、ポリエチレントリフルオロクロライド、エチレンテトラフルオライド−エチレンコポリマー、プロピレンペンタフルオライド−エチレンテトラフルオライドコポリマー、パーフルオロアルキルビニルエーテル−エチレンテトラフルオライドコポリマーおよびポリフッ化ビニルのようなフッ素樹脂などが挙げられる。
ターンテーブル５の材質としては耐食性ならびに耐久性のある材料で作られたものが使用できる。一例を挙げると、例えば、樹脂コーティングしたカーボンスチール製、ステンレス鋼製、合成樹脂製等が挙げられる。

重合体ゲルと接触するターンテーブル５上面、ターンテーブル上の堰１３や升４６の表面には、小さな凹凸を付け、表面を合成樹脂でコーティングすることは、ターンテーブル５上の升４６内からの重合体ゲルの離型性を高める上で好ましく、テフロン（登録商標）コーティングされたものが最も好ましい。合成樹脂コーティングの厚さは、０．０１〜３ｍｍが好ましい。
本発明の吸水性樹脂連続製造装置は、前記ターンテーブルの回転方向（例えば反時計回り）上流端部付近に、単量体混合物供給装置１が設けられており、該単量体混合物供給装置１より液状の単量体混合物がターンテーブル５上の升４６内に、重合ゲル化反応速度にみあったターンテーブルの連続的な回転速度に応じて断続的に（バッチ）または連続的に供給される。

本発明の吸水性樹脂連続製造装置で重合出来る液状原料の単量体混合物としては、吸水性樹脂を生成するものであればいずれも使用できる。一例を挙げると、例えば、アクリル酸およびまたはアクリル酸塩類の混合物に少量の架橋剤および重合開始剤を配合したもの等がある。アクリル酸塩としてはアクリルニトリルを化学的にあるいは微生物を用いて加水分解して得られるアクリル酸アンモニウムも用いられる。
移動するターンテーブル５の下部には冷却水が流せる冷却装置７，８，９、およびまたは温水が流せる加熱装置１０，１１，１２が付けられる。加熱装置１０，１１，１２においては、温水または加熱用熱媒が供給されるか、あるいは伝熱、遠赤外線等により直接加熱するように構成されている。

冷却水が流せる冷却装置７，８，９においては、水、温水、その他の冷媒がターンテーブル５の下部に向けてノズル８より噴出するように構成されている。もう一つの温水が流せる加熱装置１０，１１，１２においては、温水または熱媒がターンテーブル５の下部に向けてノズル１１より噴出するように構成されている重合ゲル化反応終了後の重合体ゲル４０、すなわち吸水性樹脂は、ターンテーブル５上の升４６内から重合体ゲル排出装置２８によって排出される。

重合体ゲル排出装置２８によって排出された重合体ゲルは乾燥するために粉砕し、平均粒径が１〜１０ｍｍ程度の粒子状重合体（粉砕ゲル）とすることが出来る。上記重合体ゲルの粉砕に用いる装置としては、ブロック状またはシート状の重合体ゲルを所定の大きさに粉砕できる装置であれば特に制限がないが、例えば、ミートチョツパー、解砕機（ダルトン社製、商標：ファインリューザー、ペレッターダブルなど）、ニーダー、破砕機（カッターミル、シュレッドクラッシャーなど）、カッター刃を有するスリッターなどが例示できる。これらの重合体ゲルの粉砕また破砕機には、重合体ゲルの粉砕または解砕時に発生する熱を除去するため冷却、または重合体ゲルを粉砕または解砕し易くするため加熱が出来るジャケットを備えたものが特に好ましい。

上記粉砕ゲルの乾燥には、通常の乾燥機や加熱炉を用いることも出来る。例えば、薄型攪拌乾燥機、回転乾燥機、円盤乾燥機、流動層乾燥機、気流乾燥機、赤外線乾燥機等である。また、乾燥と微粉砕を同時に行い、乾燥した重合体粉末が回収できる乾燥機（ホソカワミクロン社製、商標：ドライマスタ）なども用いることが出来る。乾燥温度は、好ましくは４０〜２５０℃、より好ましくは９０〜２００℃、さらに好ましくは１００〜１８０℃である。乾燥時間としては、１〜１８０分が好ましく、１０〜１２０分がより好ましい。

上記乾燥により得られた乾燥物は、そのまま吸水性樹脂として用いることも出来るが、さらに粉砕、分級して所定のサイズの粒子状吸水性樹脂として用いられる。その場合、粒子サイズは、好ましくは１０μｍ〜５ｍｍであり、より好ましくは１００μｍ〜１ｍｍである。平均粒径は、用いる用途によって異なるが、好ましくは１００〜１０００μｍ、より好ましくは１５０〜８００μｍである。
上述の粒子状の吸水性樹脂はさらに架橋処理してもよく、これにより荷重下の吸水倍率の大きい樹脂を得ることが出来る。架橋処理には、吸水性樹脂の有する官能基、例えば、カルボキシル基と反応し得る公知の架橋剤が例示される。

公知の架橋剤として、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、１，３−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタジオール、ポリプピレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、２−ブテン−１，４ジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−へキサンジオール、１，２−シクロヘキサノール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、ポリオキシプロピレン、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソルビトール、等の多価アルコール化合物；エチレングリコールジグリシルエーテル、ポリエチレンジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシンジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシンジルエーテル、ジグリセロールポリグリシンジルエーテル、プロピレングリコールジグリシンジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシンジルエーテル、グリシドール等の多価エポキシ化合物；エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等の多価アミン化合物やそれらの無機塩ないし有機塩（例えば、アジチニウム塩等）；２，４−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の多価オキサゾリン化合物；１，３−ジオキソラン−２−オン、４−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，５−ジメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４−ジメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−エチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、１，３−ジオキサン−２−オン、４−メチル−１，３−ジオキサン−２−オン、４，６−ジメチル−１，３−ジオキサン−２−オン、１，３−ジオキソパン−２−オン等のアルキレンカーボネート化合物；エピクロロヒドリン、エピプロムヒドリン、α−メチルエピクロロヒドリン等のハロエポキシ化合物、および、その多価アミン付加物（例えば、ハーキュレス社製、商標：カイメン）；亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄、ジルコニウム等の水酸化物および塩化物等の多価金属化合物等が挙げられる。

これらの中でも多価アルコール化合物、多価エポキシ化合物、多価アミン化合物やそれらの塩、アルキレンカーボネート化合物が好ましい。これらの架橋剤は単独で用いても良いし二種以上併用しても良い。
架橋剤の量としては、吸水性樹脂１００重量部に対して０．０１〜１０重量部用いるのが好ましく、０．５〜５重量部用いるのがより好ましい。架橋剤と吸水性樹脂を反応させるための加熱処理には、通常の乾燥機や加熱炉を用いることが出来る。例えば、薄型攪拌乾燥機、回転乾燥機、円盤乾燥機、流動層乾燥機、気流乾燥機、赤外線乾燥機等である。その場合、加熱処理温度は、好ましくは４０〜２５０℃、より好ましく９０〜２３０℃、さらに好ましくは１２０〜２２０℃である。加熱処理時間としては、１〜１２０分が好ましく、１０〜６０分がより好ましい。

つぎに、本発明による連続製造装置により吸水性樹脂を製造する方法の例を説明する。
単量体混合物供給装置１より、液状原料の単量体混合物はターンテーブル５上の升４６の底から５〜２５０ｍｍの高さまで、間欠または連続的に升４６内へ供給する。液状原料の単量体混合物をターンテーブル５上の升４６内に供給すると同時に、開始剤を供給し、単量体混合物と混合することにより反応が開始する。また、液状原料の単量体混合物は、ターンテーブル５上の升４６の容量とターンテーブル５の回転速度に合わせて供給する。ターンテーブル５の升４６内に供給された単量体混合物の好ましい高さは５〜１００ｍｍで、さらに好ましくは５〜５０ｍｍ、最も好ましくは５〜３０ｍｍである。

以下、実施例により、さらに詳細に本発明を説明するが、本発明の範囲がこれら実施例のみに限定されるものではない。
また、実施例中で「部」とは、特にことわりがない限り「重量部」を表すものとする。［吸水倍率］吸水性樹脂Ａ（ｇ）（０．２ｇ）を不織布製のティーバック式袋（大きさ５０ｍｍ×７０ｍｍ）に均一に入れ、０．９重量％塩化ナトリウム水溶液中に浸積した。６０分後にティーバック式袋を引き上げ、一定時間水切りを行った後、ティーバック式袋の重量ＷＷ（ｇ）を測定した。同様の操作を吸水性樹脂Ａを用いずに行ない、そのときの袋の重量Ｂ（ｇ）を測定した。そして、得られた重量から次式にしたがって、吸水性樹脂の吸水倍率を算出した。
［数１］
吸水倍率（ｇ／ｇ）＝（ＷＷ（ｇ）−Ｂ（ｇ））／Ａ（ｇ）

［可溶分濃度］吸水性樹脂Ｃ（ｇ）（０．５ｇ）を１０００ｇの脱イオン水中に分散し、２０時間攪拌した後、濾紙で濾過した。次に、得られた濾液５０ｇを１００ｍｌビーカーにとり、該濾液に０．０５Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液２ｍｌ、Ｎ／１００−メチルグリコールキトサン水溶液５ｍｌ、および、０．２％トルイジンブルー水溶液３滴を加えた。
次いで、上記ビーカーの溶液を、Ｎ／４００ポリビニル硫酸カリウム水溶液を用いてコロイド滴定し、溶液の色が青色から赤紫色に変化した時点を滴定の終点として滴定量Ｄ（ｍｌ）を求めた。また、濾液５０ｇに代えて脱イオン水５０ｇを用いて同様の操作を行ない、ブランクとして滴定量Ｅ（ｍｌ）を求めた。
そして、これら滴定量と吸水性樹脂を構成する単量体の平均分子量Ｆとから、次式にしたがって可溶分濃度（重量％）を算出した。
［数２］
可溶分濃度（重量％）＝（Ｅ（ｍｌ）−Ｄ（ｍｌ））＊０．００５／Ｃ（ｇ）＊Ｆ

［残存単量体濃度］脱イオン水１０００ｇに吸水性樹脂０．５ｇを加え、攪拌下で２時間抽出した後、膨潤ゲル化した吸水性樹脂を濾紙を用いて濾別し、濾液中の残存単量体を液体クロマトグラフィーで分析した。一方、既知濃度の単量体標準溶液を同様に分析して得た検量線を外部標準とし、濾液の希釈倍率を考慮して、吸水性樹脂中の残存単量体濃度を求めた。

〔実施例１〕
重合機はターンテーブ５上には１２等分した升４６があり、一つの升の容量が１６Ｌ、深さ１１ｃｍの図３のターンテーブルを使用した。回転軸２６の直径０．０８ｍで外側に直径０．１ｍのガス供給口２４を備え、供給された不活性ガスが回転軸との隙間からターンテーブルの堰１３へ供給できる機能、および、吸着方式の重合体ゲル排出装置２８を備え、さらに、ターンテーブル５上部面積の８３％がカバーされ、内部に窒素ガスが供給でき、回転速度が自動調整出来る直径１．２ｍ、外周部堰１３直径１ｍ、厚さ１０ｍｍのターンテーブルを有す吸水性樹脂連続装置を用いた。
内部に窒素ガスを供給し、酸素濃度を０．０５％以下に保った。アクリル酸１０．７０部、３７％アクリル酸ナトリウム水溶液７０．０７部、ポリエチレングリコールジアクリレート（平均分子量４７８）０．０８部、および脱イオン水１９．１５部からなる水溶液を調製し、窒素ガスを導入し脱気した。

上記水溶液を１５４０ｇ／回、窒素ガスを導入し脱気した０．９８２％アゾ系重合開始剤（和光純薬工業（株）社製、商標：Ｖ−５０）水溶液を１４．４ｇ／回、０．９８２％過硫酸ナトリウム水溶液を１４．４ｇ／回、および０．０８８％Ｌ−アスコルビン酸水溶液を１４．４ｇ／回、さらに窒素ガスを導入し脱気した０．０７０７％過酸化水素水１４．４ｇ／回を、別々の供給ノズルからターンテーブル上の升内にバッチ的に供給し、ターンテーブルは１回転／Ｈｒになるように駆動させた。
窒素のバブリング量は一つの堰当り５０Ｌ／Ｈｒになるように調整した。１分後に重合が開始し、反応系温度は３０℃であった。重合系はターンテーブル下部壁面温度を２０℃に冷却して、６分後に重合系は最高到達温度の８５℃を示した。
この後、ターンテーブル下部壁面温度が７０℃になるように、ターンテーブル下部の温水温度を調整し重合体ゲルを得た。単量体濃度は３５重量％、重合体ゲルの厚さは２８ｍｍであった。この重合体ゲルを解砕機で解砕後１４０℃、１２０分間熱風乾燥機で乾燥後、粉砕器で粉砕し、粒子サイズ１０６〜８５０μｍの粉状の吸水性樹脂（１）を得た。
吸水性樹脂（１）は、吸水倍率６５倍、可溶分濃度１２％、および残存単量体濃度４６７ｐｐｍであった。

〔実施例２〕
ターンテーブル５の下部に外周部から５ｃｍの位置に設けたターンテーブル回転用ローラー兼過重受け１５，１６，１７，１８は、厚さ３ｍｍ平板の補強材を入れ、さらに１５度毎にターンテーブルの直径方向に厚さ３ｍｍの断面Ｌ型のターンテーブル補強材４５を入れた。
ターンテーブル５上には１２等分した升４６があり、一つの升の容量が１６Ｌ、深さ１１ｃｍで、回転軸２６の直径が０．０８ｍで外側に直径０．１ｍのガス供給口１４を備え、供給された不活性ガスが回転軸との隙間からターンテーブルの升４６へ供給できる機能、および串刺し方式の重合体ゲル排出装置２６を備え、さらにターンテーブル上部面積の８３％がカバーされ、内部に窒素ガスが供給でき、回転速度が調整出来る外周部堰１３の直径１ｍ、厚さ１ｍｍのターンテーブルを有す吸水性樹脂連続製造装置を用いた。内部に窒素ガスを供給し、酸素濃度を０．０５％以下に保った。

アクリル酸１０．７０部、３７％アクリル酸ナトリウム水溶液７０．０７部、ポリエチレングリコールジアクリレート（平均分子量４７８）０．０８部、および脱イオン水１９．１５部からなる水溶液を調製し、窒素ガスを導入し脱気した。上記水溶液を６１６ｇ／分、窒素ガスを導入し脱気した０．９８２％アゾ系重合開始剤（和光純薬工業（株）社製、商標：Ｖ−５０）水溶液を５．７６ｇ／分、０．９８２％過硫酸ナトリウム水溶液を５．７６ｇ／分、および０．０８８％Ｌ−アスコルビン酸水溶液を５．７６ｇ／分、さらに窒素ガスを導入し脱気した０．０７０７％過酸化水素水５．７６ｇ／分を、別々の供給ノズルからターンテーブル上の升内に連続的に供給した。

ターンテーブル５は１回転／Ｈｒになるように駆動させた。窒素のバブリング量は一つの堰内が７０Ｌ／Ｈｒになるように調整した。１分後に重合が開始し、反応系温度は３０℃であった。重合系はターンテーブル下部壁面温度を２０℃に冷却して、６分後に重合系は最高到達温度の７５℃を示した。
この後、ターンテーブル下部壁面温度が７５℃になるようにターンテーブル下部の温水温度を調整し重合体ゲルを得た。単量体濃度は３５重量％、重合体ゲルの厚さは５９ｍｍであった。この重合体ゲルを解砕機で解砕し、１４０℃、１２０分間熱風乾燥機で乾燥後、粉砕器で粉砕し、粒子サイズ１０６〜８５０μｍ粉状の吸水性樹脂（２）を得た。
吸水性樹脂（２）は、吸水倍率６７倍、可溶分濃度１１％、および残存単量体濃度４６０ｐｐｍであった。

〔実施例３〕
［原料１の調整］９８％アクリル酸３６．２８部、２５％アンモニア水２０．１４部を３０℃以上にならないよう冷却しながら反応させ、アクリル酸アンモニウム水溶液を調合した。この溶液に、脱イオン水を使用して調合した１８．９％カセイソーダ水溶液４３．５５部を３０℃以上にならないように冷却しながら加えた。
つぎに、１０℃に冷却し窒素ガスを６００Ｌ／Ｈｒで導入した。窒素バブリングを１Ｈｒ行い液中のアンモニア及び酸素を除去した。さらに、上記水溶液に窒素ガスを導入しながらＮ，Ｎ‘−ビスメチレンアクリルアミド０．０２２８部、Ｌ−アスコルビン酸０．０００４１部を加えた。
［原料２の調整］過硫酸ナトリウム０．６１５７部を脱イオン水９９．３８部で溶解して水溶液を調製し、窒素ガスを導入し脱気した。
［重合、乾燥、粉砕］窒素置換を十分に行った実施例２のターンテーブル型の吸水性樹脂連続製造装置に、原料１を３０８ｇ／分で原料２を３７．８ｇ／分でラインミキシングして重合機に連続供給した。ターンテーブルは１回転／Ｈｒで駆動させた。単量体濃度は４０重量％、重合体ゲルの厚さは３０ｍｍであった。２分後に重合が開始し、反応系温度は３０℃であった。

重合系は攪拌されることなく、ターンテーブル下部温度を１０℃に冷却して、６分後に重合系の最高到達温度は７８℃を示した。この後、ターンテーブルの気相部ガス温度が９５℃になるように、ターンテーブル下部の温水温度を調整し重合体ゲルを得た。この重合体ゲルの厚さは３０ｍｍであった。
この重合体ゲルを解砕機で解砕後、１４０℃、８０分間熱風乾燥機で乾燥した。得られた乾燥物は適度な発泡体で容易に粉砕器で粉砕出来、粒子サイズ１０６〜８５０μｍの粉状の吸水性樹脂（３）を得た。
吸水性樹脂（３）は、吸水倍率６８倍、可溶分濃度１０％、および残存単量体濃度４５０ｐｐｍであった。

〔実施例４〕
［原料１の調整］９８％アクリル酸３６．３部、水２７．７部に２５％アンモニア水３４部を３０℃以上にならないよう冷却しながら反応させ、アクリル酸アンモニウム水溶液を調合した。次ぎに、１０℃に冷却し窒素ガスを６００Ｌ／Ｈｒで導入した。窒素バブリングを３Ｈｒ行い、液中のアンモニア及び酸素を除去した。
さらに、上記水溶液に窒素ガスを導入しながらＮ，Ｎ‘−ビスメチレンアクリルアミド０．０２１３部、脱イオン水で希釈した４１．８％グリセリン０．９９８部と脱イオン水で希釈した３．４７％、L−アスコルビン酸、０．９５７部を加えた。
［原料２の調整］過硫酸ナトリウム０．００７５部を脱イオン水９９．９９部で溶解して水溶液を調製し、窒素ガスを導入し脱気した。
［重合、乾燥、粉砕］窒素置換を十分に行った実施例２のターンテーブル型の吸水性樹脂連続製造装置を使用した。ターンテーブルの中心から４０ｃｍの円周上の位置に、気相部ガス温度計３本を、ターンテーブル回転方向に設置した。気相部ガス温度計は、ターンテーブルの堰１３の上部から１ｍｍの高さで、単量体混合物供給装置１から回転方向に０．１ｍ（Ｎｏ１温度計）、０．５ｍ（Ｎｏ２温度計），１．５ｍ（Ｎｏ３温度計）の位置に夫々取り付けた。原料１を６１２ｇ／分で、原料２を６０．２ｇ／分でラインミキシングして重合機に連続供給した。ターンテーブルは２回転／Ｈｒで駆動させた。重合機内は３０℃に保っていたが、１分後に重合が開始し、Ｎｏ１温度計は３０℃から５０℃に上昇した。

この後、Ｎｏ１温度計の指示が５０℃になるようにターンテーブルの回転数と単量体混合物供給量を調整し、攪拌は行わないで重合を続けた。Ｎｏ１温度計からＮｏ２温度計の間はターンテーブル下部から１０℃の冷却水で冷却したが、６分後にＮｏ２温度計は７８℃を示した。この後、Ｎｏ２温度計の指示が７８℃になるように冷却水量を自動調整した。Ｎｏ２温度計からＮｏ３温度計の間はＮｏ３温度計の指示が８０℃になるようにターンテーブル下部の温水温度、重合機供給窒素温度を調整した。
重合機から排出された重合体ゲルの単量体濃度は４０重量％で、厚さは２９ｍｍであった。この重合体ゲルを解砕機で解砕後、１００℃、１２０分間熱風乾燥機で乾燥した。得られた乾燥物は容易に粉砕器で粉砕出来、粒子サイズ１０６〜８５０μｍの粉状の吸水性樹脂（４）を得た。
吸水性樹脂（４）は、吸水倍率６９倍、可溶分濃度８％、および残存単量体濃度４００ｐｐｍであった。

本発明は、吸水倍率が大きく、可溶分と残存単量体の少ない吸水性樹脂を製造する分野で好適に利用できる。

吸水性樹脂連続製造装置全体の構成を示す断面図である。 ターンテーブル上面の構造を示す平面図である。 ターンテーブル上の一つの堰と升の構造を示す斜視図である。 ターンテーブル上へ不活性ガスを供給する構造を示す斜視図である。 重合体ゲル排出装置の構造と動作を示す説明図である。 吸水性樹脂連続製造装置全体の構造を示す斜視図である。 ターンテーブルの駆動装置を外周部に設けた説明図である。 ターンテーブルカバー内部に設けた仕切り板の平面図である。 ターンテーブルカバー内部に設けた仕切り板の断面図である ターンテーブル回転用ローラー兼荷重受けの位置を示す説明図である。

符号の説明

１・・・単量体混合物供給装置
２・・・不活性ガス供給配管
３・・・モーター及び、変速機
４・・・覗き窓
５・・・ターンテーブル
６・・・放射温度計
７・・・冷却水または温水供給Line
８・・・冷却水または温水ノズル
９・・・冷却水または温水排出口
１０・・・加熱用不活性ガス、温水またはスチームの供給配管
１１・・・加熱用不活性ガス、温水またはスチームの供給ノズル
１２・・・不活性ガス、温水またはスチームドレンの出口
１３・・・ターンテーブル上に設置された堰
１４・・・不活性ガス供給口
１５，１６，１７，１８・・・ターンテーブル回転用ローラー兼過重受け
１９，２０・・・不活性ガスシール用シール材兼摺動材
２１，２２・・・気相部ガス温度計
２３・・・照明
２４・・・不活性ガス供給口
２５・・・不活性ガス出口
２６・・・回転軸
２７・・・ターンテーブルカバー
２８・・・重合体ゲル排出装置
２９，３０・・・摺動材
３１，３２・・・放射温度計
３３・・・気相部ガス温度計
３４・・・不活性ガス出口
３５・・・堰内部に設けた不活性ガス流路
３６，３７・・・自動弁
３８・・・重合体ゲル吸着口
３９・・・フレキシブルチューブ
４０・・・重合体ゲル
４１・・・真空ポンプ
４２・・・Ａｉｒ
４３・・・ロボットアーム
４４・・・湿度計
４５・・・ターンテーブル補強材
４６・・・ターンテーブル上の升
４７・・・モーター又は減速機に設けられた駆動用ギヤまたはローラー
４８・・・ターンテーブルの裏側の軸受け軌跡
４９・・・ターンテーブルの外周部に設けられたギヤまたはローラー受け
５０・・・上部カバー内部に設けられた仕切り板
５１・・・基礎（架台）
５３・・・回転ローラーの軸ベアリング部
５４・・・回転ローラーの軸

Claims (8)

1. 単量体混合物供給装置を有するターンテーブル型重合機と重合体ゲル排出装置を備えた吸水性樹脂連続製造装置であって、ターンテーブル上に堰で仕切られた升を一つ以上持つターンテーブルで重合を行う吸水性樹脂連続製造装置。
2. ターンテーブル上に設置された夫々の升の開口部面積を底部面積で割った値が１以上であるターンテーブルを使用する請求項１に記載の吸水性樹脂連続製造装置。
3. 夫々の升の開口部面積が、２５ｃｍ^２以上で、堰の高さが２５０ｍｍ以下であるターンテーブルを使用する請求項１又は２に記載の吸水性樹脂連続製造装置。
4. ターンテーブルの単量体混合物およびまたは重合体ゲルとの接液部がテフロン（登録商標）コーティングされている請求項１から３のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置。
5. 単量体混合物供給装置から回転方向に０．１〜５ｍ以内に設けられたターンテーブル上の重合体ゲル表面温度を測定するための温度計、またはターンテーブル上の堰の上部から垂直方向に０．５ｃｍ〜３ｍ離れた位置の気相部ガス温度を測定するための温度計の指示値が一定になるように、ターンテーブルの回転速度と単量体混合物供給量を手動または自動調整する請求項１から４のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置。
6. ターンテーブル上に設置された堰に、不活性ガスが供給出来る請求項１から５のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置。
7. 重合機内の湿度を湿度計で測定し、該湿度を一定に保つように不活性ガス供給口からの不活性ガス供給量を手動または自動調整する請求項１から６のいずれかに記載の吸水性樹脂連続製造装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の装置を用いる吸水性樹脂の製造方法。

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