JP2007284675A - 吸水性樹脂およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】すなわち、本発明の吸水性樹脂の製造方法は、酸基含有不飽和単量体の水溶液を架橋重合する吸水性樹脂の製造方法であって、該単量体水溶液に固形物を含有させ、重合の開始温度を40℃以上または重合時の最高温度を100℃以上に制御して静置重合することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
(1)吸収倍率(CRC)が20〜40g/gである。
(2)加圧下吸収倍率(AAP)が20〜40g/gである。
(3)吸収速度(FSR)が0.25〜1.0g/g/secである。
(4)嵩比重(JIS K 3362)が0.50〜0.80g/mlである。
(5)残存モノマーが0〜400ppmである。
(6)850〜150μmの粒子(JIS Z8801−1)が95〜100重量%である。
本発明で吸水性樹脂とは、ヒドロゲルを形成しうる水膨潤性水不溶性の架橋重合体のことである。水膨潤性の架橋重合体とは、例えば、イオン交換水中において必須に自重の5倍以上、好ましくは50倍から1000倍の水を吸収するものを指す。また、水不溶性の架橋重合体とは、例えば、吸水性樹脂中の未架橋の水可溶性成分(水溶性高分子)が好ましくは0〜50質量%、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下、特に好ましくは10質量%以下のものを指す。
本発明で用いられる、重合して吸水性樹脂となる単量体の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、β−アクリロイルオキシプロピオン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、ビニルスルホン酸、アリルトルエンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート等の、アニオン性不飽和単量体およびその塩;メルカプト基含有不飽和単量体;フェノール性水酸基含有不飽和単量体;(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有不飽和単量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体が挙げられる。
なお、その他、単量体には澱粉、ポバール、PEGやPEOなどの水溶性高分子0〜30質量%程度、次亜燐酸(塩)等の連鎖移動剤、後述のキレート剤を添加してもよい。
単量体の水溶液に分散させる化合物としては、水溶液の液温が0〜40℃、さらには10〜30℃の範囲、特に25℃(なお、圧力は常圧(1気圧)とする)である場合に、該水溶液中に不溶もしくは難溶で分散可能な化合物である。好ましくは、固形物(固体)が水不溶性粒子である。
本発明での重合は、静置水溶液重合であって、かつ、重合の開始温度40℃以上または最高温度が100℃以上で、静置重合することが必須である。静置重合でない場合、例えば、逆相懸濁重合や水溶液攪拌重合である場合、固体を含有させても、得られた吸水性樹脂に吸収速度の向上が見られない。重合の開始温度40℃以上または最高温度が100℃以上ででない場合も、吸収速度の向上が見られない。なお、攪拌水溶液重合としてニーダー重合(米国特許出願公開2004−110897号,米国特許670141号、同4625001号、同5250640号など)が知られており、これらは重合中に終始攪拌を行うため、得られる吸水性樹脂の吸収速度の向上に劣り、本発明では適用されない。
静置重合法ではバッチ式でも行なえるが、エンドレスベルトを用いる連続静置重合(例えば、米国特許出願公開2005−215734号)が好ましい。ベルトは重合熱を接材面から逃しにくい樹脂ないしゴム製のベルトが好ましい。また、吸収速度の向上のために、重合容器上部に開放空間が存在することが好ましい。また、単量体、重合開始剤、架橋剤および分散固体を含む単量体水溶液をベルトに供給した際の単量体水溶液(またはゲル)の仕込み厚さは通常1〜100mmが好ましく、より好ましくは3〜50mm、最も好ましくは5〜30mmである。単量体水溶液の厚みが1mm以下になると単量体水溶液の温度調整が困難となり、100mm以上であると重合熱の除熱が困難となり、いずれも吸水性樹脂の物性が低下する原因となる。また、エンドレスベルトのスピードについては、重合装置の長さにもよるが通常0.3〜100m/分が好ましく、より好ましくは0.5〜30m/分、最も好ましくは1〜20m/分である。ベルトスピードが0.3m/分よりも遅くなると生産性が低下し、100m/分よりも早いと重合装置が巨大化するため好ましくない。
A(cm2);重合時の前記含水重合体の、前記エンドレスベルトの幅方向に対する最大断面積
B(cm2);前記連続重合装置のエンドレスベルトと前記連続重合装置の天井面との間の空間の、前記エンドレスベルトの幅方向に対する最大断面積
また、本発明の重合方法はさらに下記条件を満たすことが好ましい。
D(cm);前記単量体水溶液の仕込み厚さ
E(cm);前記エンドレスベルトから前記連続重合装置の天井面までの最大高さ
本実施の形態に係る静置重合法では、発泡をより増加させた状態で重合を行うため、気泡により表面積が高められた重合体が得られる。このため、上述したようなエンドレスベルトにより重合を行う場合には、得られる重合体がベルトと密着せず、得られる重合体をベルトから容易に剥離させることができる。これにより、ベルトに付着した重合体を強引に削り取る等の操作を行う必要が無いため、ベルトに対する負荷が低減され、ベルトの使用可能な期間を長期化させることができる。
本発明でかかる重合開始温度は吸収速度向上のために、必須に40℃以上、好ましくは50℃以上、より好ましくは60℃以上、より好ましくは70℃以上、より好ましくは80℃以上であり、上限は150℃以下、通常110℃以下、さらには100℃以下である。温度が低いと吸収速度の向上が見られず、温度が高すぎると吸収倍率の低下や可溶分量の増大などが生じて吸水性樹脂の物性が低下する。また、本発明では重合開始温度(単量体温度)を高くすることで、溶存酸素の除去が容易になるという利点も有する。重合開始温度が40℃未満であると、発泡重合とならない。さらに、誘導期間、重合時間の延びのため生産性が低下するのみならず、吸水性樹脂の物性も低下する。
本発明で重合最高温度は重合進行中の重合ゲルないし単量体の最高到達温度で規定される。かかる重合最高温度は吸収速度向上のために、必須に100℃以上、好ましくは105℃以上、より好ましくは110℃以上、より好ましくは115℃以上、より好ましくは120℃以上であり、上限は150℃以下、通常140℃以下、さらには130℃以下である。温度が低いと吸収速度の向上が見られず、温度が高すぎると吸収倍率の低下や可溶分量の増大などが生じて吸水性樹脂の物性が低下する。
本発明で用いられる重合開始剤としては、特に制限はなく、熱分解型開始剤(例えば、過硫酸塩:過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム;過酸化物:過酸化水素、t−ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド);アゾ化合物:アゾニトリル化合物、アゾアミジン化合物、環状アゾアミジン化合物、アゾアミド化合物、アルキルアゾ化合物、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド)や光分解型開始剤(例えば、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、アゾ化合物)等を用いることができる。
重合時間は特に限定されないが、通常は15分以下であり、好ましくは10分以下、より好ましくは5分以下、より好ましくは3分以下、より好ましくは2分以下、より好ましくは1分以下である。15分(特に5分)を超えると、得られる重合体(含水重合体、ベースポリマー、および吸水性樹脂)の生産性が低下するだけでなく、場合により、吸収速度などの物性も低下するので好ましくない。
単量体を40℃以上とするには重合容器自体を加熱しても良いし、重合容器に単量体水溶液を供給する際に、予め加熱(例えば、ライン中で40℃以上に加熱)してもよい。かかる外部加熱を行うことにより単量体の温度を40℃以上としてもよいが、重合容器に供給される前に単量体を予め加熱することがより好ましく、特に、単量体の中和熱を昇温に用いることが好ましい。なお、中和熱および/または水和熱の発生は、単量体水溶液の昇温に有効に利用されるだけでなく、溶存酸素の除去に利用でき、さらに吸収速度も向上でき好ましい。
本発明の好ましい実施態様では溶存酸素量(酸素濃度)を、単量体水溶液に対して、好ましくは4ppm以下、より好ましくは2ppm以下、最も好ましくは1ppm以下にし重合する。
また、本発明の方法は、高吸収速度の吸水性樹脂を得るために、固形分濃度が上昇するような形態で重合が行なわれる。
上記重合により得られた重合体がゲル状である場合には、該ゲル状重合体を乾燥、好ましくは70〜250℃、さらに好ましくは120〜230℃、特に好ましくは150〜210℃、最も好ましくは160〜200℃で乾燥し、必要により粉砕することで、質量平均粒径が10〜1000μm程度の吸水性樹脂粉末とすることができる。乾燥温度がかかる温度範囲から外れる場合、吸水速度、吸水倍率の低下等がみられる場合がある。乾燥方法に特に制限はないが、攪拌乾燥法、流動層乾燥法、気流乾燥法等のように、材料を動かしながら熱風や伝熱面と良く接触する乾燥方法が好ましく用いられる。
本発明の製造方法は重合後の吸水性樹脂、特に乾燥および粉砕した吸水性樹脂はさらに表面架橋処理をしてもよい。加圧下吸収倍率や加圧下通液性を向上させることができる。
本発明で吸水性樹脂の粒度は粉砕や分級によって特定範囲に調整することが好ましい。かかる粉砕や分級で発生する粗大粒子(例えば、粒子径1mm以上)や微粉(例えば、粒子径150μm以下)は本発明で固体として重合に使用することで、より粒度制御が可能となる。さらに、従来のように粒度を細かくしなくても、高吸収速度が達成される。
本発明では効果の一例として、上記粒度制御のほかに、吸収速度が向上する。吸収速度は粒度にもよるが、上記粒度の場合、FSR(Free Swell Rate)で0.20〜2.00(g/g/sec)、好ましくは0.25〜1.00(g/g/sec)、さらに好ましくは0.27〜0.90(g/g/sec)、特に好ましくは0.30〜0.80(g/g/sec)とされる。FSRが0.20未満では吸収速度が遅すぎて、おむつのもれなどの原因となる。また、FSRが2.00を超える場合、おむつ中の液拡散が低下する恐れがある。
本発明では目的に応じて架橋を調整することで物性制御させるが、おむつなどの衛生材料の場合は下記に制御させる。従来、吸収速度で犠牲になっていた加圧下吸収倍率について、本発明では加圧下吸収倍率も高く好ましい。
PPUP(%)=(AAP:5.0g)/(AAP:0.90g)×100
通液性としてSFC(米国特許出願公開2004−254553号)は、通常1×10−7(cm3×sec/g)以上、好ましくは10×10−7(cm3×sec/g)以上、さらに好ましくは50×10−7(cm3×sec/g)以上である。
本発明で使用する吸水性樹脂は上記工程に加えてさらに、重合時または重合後(例えば、表面架橋時、造粒時など)に添加剤を0〜10質量%、好ましくは0.001(10ppm)〜1重量%程度(より好ましくは50ppm〜1重量%)使用してもよい。好ましくは、キレート剤を添加してさらに物性向上を行なうことができる。
すなわち、本発明では、アクリル酸(塩)を70〜99.999モル%および架橋剤0.001〜5モル%を繰り返し単位とする吸水性樹脂であって、下記6つの条件を満たす吸水性樹脂をも提供する。
加圧下吸収倍率(AAP)が20〜40g/g
吸収速度(FSR)が0.25〜1.0g/g/sec
嵩比重(JIS K 3362)が0.50〜0.80
残存モノマーが0〜400ppm
粒度分布で850〜150μmの粒子(JIS Z8801−1)が95〜100重量%
なお、上記「アクリル酸(塩)を70〜99.999モル%および架橋剤0.001〜5モル%を繰り返し単位とする吸水性樹脂」とは、アクリル酸(塩)分子14〜99999.9個に対して、架橋剤分子が1個結合している構造を、繰り返し単位として有する吸水性樹脂のことを意味する。
本発明の吸水性樹脂は、水だけでなく、体液、生理食塩水、尿、血液、セメント水、肥料含有水などの水を含む各種液体を吸収するものであり、使い捨ておむつや生理ナプキン、失禁パット等の衛生材料を始め、土木、農園芸等の各種産業分野においても好適に用いられる。
本発明で吸収速度が向上する理由の詳細は不明であるが、その機構は以下とも推定される。なお、当該機構は本発明の権利を制限するものではない。
以下に本発明を実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下では、便宜上、「質量部」を単に「部」と、「リットル」を単に「L」と記すことがある。また、「質量%」を「wt%」と記すことがある。さらに、吸水性樹脂は、25℃±2℃、相対湿度約50%±5%RHの条件下で使用(取り扱い)した。また、生理食塩水として0.90質量%塩化ナトリウム水溶液を用いた。
吸水性樹脂0.2gを不織布製(南国パルプ工業(株)製、商品名:ヒートロンペーパー、型式:GSP−22)の袋(85mm×60mm)に均一に入れてヒートシールした後、20℃〜25℃に調温した大過剰(通常500ml程度)の生理食塩水中に浸漬した。30分後に袋を引き上げ、遠心分離機(株式会社コクサン社製、遠心機:型式H−122)を用いてedana ABSORBENCY II 441.1−99に記載の遠心力(250G)で3分間水切りを行った後、袋の質量W1(g)を測定した。また、同様の操作を吸水性樹脂を用いないで行い、その時の質量W2(g)を測定した。そして、これらW1、W2から、次式に従って吸収倍率(g/g)を算出した。
<吸収速度(FSR)>
吸水性樹脂1.00gを25mlガラス製ビーカー(直径32〜34mm、高さ50mm)に入れた。この際、ビーカーに入れた吸水性樹脂の上面が水平となるようにした。(必要により、慎重にビーカーをたたくなどの処置を行うことで吸水性樹脂表面を水平にしても良い。)次に、23℃±2℃に調温した生理食塩水20gを50mlのガラス製ビーカーに量り取り、生理食塩水とガラス製ビーカーの合計重さ(単位:g)を測定した(W3)。量り取った生理食塩水を、吸水性樹脂の入った25mlビーカーに丁寧に素早く注いだ。注ぎ込んだ生理食塩水が吸水性樹脂と接触したと同時に時間測定を開始した。そして、生理食塩水を注ぎ込んだビーカー中の生理食塩水液上面を約20゜の角度で目視した際、始め生理食塩水液表面であった上面が、吸水性樹脂が生理食塩水を吸収することにより、生理食塩水を吸収した吸水性樹脂表面に置き換わる時点で、時間測定を終了した(単位:秒)(tS)。次に、生理食塩水を注ぎ込んだ後の50mlガラス製ビーカーの重さ(単位:g)を測定した(W4)。注ぎ込んだ生理食塩水の重さ(W5、単位:g)を下記式(a)により求めた。
式(c): FSR(g/g/s)=W5/(tS×吸水性樹脂の質量(g))
<加圧下吸収倍率(AAP)>
図1に示す装置を用い、内径60mmのプラスチックの支持円筒100の底に、ステンレス製400メッシュの金網101(目の大きさ38μm)を融着させ、該網上に吸水性樹脂102(粒子径が38μm以上の粒子が主成分(特に99重量%以上))を0.900g均一に散布し、その上に、吸水性樹脂に対して4.83kPa(0.7psi)の荷重を均一に加えることができるよう調整された、外径が60mmよりわずかに小さく支持円筒100との隙間が生じず、かつ上下の動きが妨げられないピストン103と荷重104とをこの順に載置し、この測定装置一式の質量W6(g)を測定した。
<可溶分(量)>
250ml容量の蓋付きプラスチック容器に、生理食塩水184.3gを量り取り、その水溶液中に吸水性樹脂1.00gを加えて16時間攪拌することにより樹脂中の可溶分を抽出した。この抽出液を濾紙(ADVANTEC東洋株式会社、品名:(JIS P 3801、No.2)、厚さ0.26mm、保留粒子径5μm)を用いて濾過することにより得られた濾液の50.0gを量り取り測定溶液とした。
可溶分(質量%)=0.1×(平均分子量)×184.3×100×([HCl]−[bHCl])/1000/1.0/50.0 ・・・(2)
により算出することができる。また、未知量の場合には、滴定により求めた中和率(次の式(3))
中和率(mol%)=(1−([NaOH]−[bNaOH])/([HCl]−[bHCl]))×100 ・・・(3)
を用いてモノマーの平均分子量を算出する。
吸水性樹脂1.00gを生理食塩水184.3gに分散させ、長さ25mmのマグネティックスターラーで16時間攪拌して残存モノマーを抽出した。その後、膨潤ゲルを(トーヨー濾紙(株)製、No.2、JIS P 3801で規定された保留粒子径5μm)を用いて濾過し、この濾液をHPLCサンプル前処理用フィルタークロマトディスク25A(倉敷紡績株式会社製、水系タイプ、ポアサイズ0.45μm)でさらに濾過して、残存モノマー測定サンプルとした。
キャリアスピード:0.7ml/min.
カラム:SHODEX RSpak DM−614(昭和電工株式会社)
カラム温度:23±2℃
波長:UV205nm
<嵩比重、流下速度>
嵩比重測定器(蔵持科学機器製作所製)を用い、JIS K 3362に準じて測定した。粒度による偏りを無くすため十分に混合された吸水性樹脂100.0gをダンパーを閉めた漏斗に入れた後、速やかにダンパーを開け、吸水性樹脂を内容量100mlの受器に落とした。吸水性樹脂を落とし始めてから、落とし切るまでの時間(秒)を流下速度とする。受器から盛り上がった吸水性樹脂は、ガラス棒ですり落とした後、吸水性樹脂の入った受器の重さを0.1gまで正確に量り、次式によって嵩比重を算出した。
なお、測定を行った環境の温度は25±2℃であり、相対湿度は30〜50%RHであった。
吸水性樹脂を、850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、45μmのJIS標準篩で篩い分けし、残留百分率を対数プロットした。なお、吸水性樹脂の粒径により、篩は必要により適宜追加して測定する。これにより、R=50質量%に相当する粒子径を重量平均粒子径(D50)として読み取った。また、粒度分布の対数標準偏差(σζ)は下記の式で表され、σζの値が小さいほど粒度分布が狭いことを意味する。
(X1はR=84.1%、X2はR=15.9%のときのそれぞれの粒子径)
篩い分けは吸水性樹脂10.0gを、目開き850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、45μmなどのJIS標準ふるい(The IIDA TESTING SIEVE:内径80mm)に仕込み、ロータップ型ふるい振盪機((株)飯田製作所製、ES−65型ふるい振盪機)により5分間分級した。
吸水性樹脂1.00gを底面の直径が約50mmのアルミカップに量り取り、吸水性樹脂、およびアルミカップの総質量W8(g)を測定した。その後、雰囲気温度180℃のオーブン中に3時間静置して乾燥した。3時間後、オーブンから取り出した吸水性樹脂、およびアルミカップをデシケーター中で十分に室温まで冷却した後、乾燥後の吸水性樹脂、およびアルミカップの総質量W9(g)を求め、次式に従って固形分を求めた。
<耐衝撃テスト(別称;ペイントシェーカーテスト)>
ペイントシェーカーテストとは、直径6cm、高さ11cmのガラス製容器に、直径6mmのガラスビーズ10g、吸水性樹脂30gを入れてペイントシェーカー(東洋製機製作所 製品No.488)に取り付け、800cycle/min(CPM)で振盪するものであり、装置詳細は米国特許6071976号(対応日本語特許公開公報:特開平9−235378号公報)に開示されている。なお、振盪時間は30分間とした。
シグマ型羽根を2本有する内容積10Lのジャケット付きステンレス型双腕型ニーダーに蓋を付けて形成した反応器中で、アクリル酸530.2g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液4364.2g、純水553.7g、ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量523)7.7gを溶解させて反応液とした。
(重合)
アクリル酸293.1g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(平均分子量522)1.1g、およびキレート剤として1質量%ジエチレントリアミン5酢酸・5ナトリウム水溶液1.8g、重合開始剤としてIRGACURE(登録商標)184の1.0質量%アクリル酸溶液3.6gを1Lポリプロピレン樹脂製の容器中で混合して溶液(A)と、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液237.65gと50℃に調温したイオン交換水251.82gを混合した溶液(B)とを作成した。長さ50mmのマグネティックスターラーチップを用い500r.p.m.で攪拌した溶液(A)に、参考例1で得られた吸水性樹脂(A)を54g加え、次いで溶液(B)をすばやく加え混合することで単量体水溶液(C)を得た。単量体水溶液(C)は、中和熱と溶解熱により、液温が102℃まで上昇した。
取り出した含水ゲル状架橋重合体を幅30mmの短冊状にはさみで切った後、イオン交換水を1.4g/secで添加しながら、約6g/secの投入速度でミート・チョッパー(MEAT−CHOPPER TYPE:12VR−400KSOX 飯塚工業株式会社、ダイ孔径:9.5mm、孔数:18、ダイ厚み8mm)により粉砕し、細分化された含水ゲル状架橋重合体を得た。
この細分化された粉砕ゲル粒子を目開き850μmの金網上に広げ、180℃で40分間熱風乾燥を行い、乾燥物をロールミル(WML型ロール粉砕機、有限会社井ノ口技研製)を用いて粉砕し、さらにJIS850μm標準篩で分級調合することで、D50が461μmでかつ600μm以上850μm未満の粒子径を有する粒子の割合が28質量%、150μm未満の粒子径を有する粒子の割合が2.2質量%、対数標準偏差(σζ)が0.364、固形分96質量%である不定形破砕状の吸水性樹脂を得た。
得られた吸水性樹脂100重量部に、1,4−ブタンジオール0.3重量部、プロピレングリコール0.5重量部、純水2.7重量部の混合液からなる表面処理剤溶液を均一に混合した。表面架橋剤溶液を混合した吸水性樹脂を、攪拌翼を備えたジャケット付き加熱装置(ジャケット温度:210℃)で任意の時間加熱処理した。加熱処理後、得られた吸水性樹脂をJIS850μm標準篩を通過せしめ、表面が架橋された粒子状吸水性樹脂(1)を得た。粒子状吸水性樹脂(1)の諸物性を表1に示した。また、該粒子状吸水性樹脂のペイントシェーカーテスト後にJIS標準篩で分級したものの、目開き150μmを通過した割合は、該粒子全量のうち6.2質量%を占めていた。
本実施例では、実施例1において使用したポリエチレングリコールジアクリレート(平均分子量522)を0.75gとし、さらに添加する参考例1で得られた吸水性樹脂(A)を72gとした以外は、実施例1と同様の方法によって粒子状吸水性樹脂(2)を得た。粒子状吸水性樹脂(2)の諸物性を表1に示した。
本実施例では、実施例1において使用した吸水性樹脂(A)を、合成ゼオライト(東ソー(株)製、ゼオラムA−4,100メッシュパス粉末)に代えて用いた(18g使用)以外は、実施例1と同様の方法によって粒子状吸水性樹脂(3)を得た。粒子状吸水性樹脂(3)の諸物性を表1に示した。
(重合)
アクリル酸202.7g、37質量%アクリル酸ナトリウム水溶液1776.5g、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(平均分子量522)3.8gを混合した溶液(D)を調整し、15℃になるよう調温しながら窒素ガスを2L/分の流量で30分間吹き込み脱酸素を行った。脱酸素された溶液(D)を300mm×220mm×深さ60mmのテフロン(登録商標)コーティングが施されたステンレス容器に注ぎポリエチレンフィルムで上部開口部を覆い、溶液(D)に酸素がかみ込まないように窒素ガスを2L/分の流量で吹き込み続け空間を窒素ガス雰囲気に保った。次いで、重合開始剤として15質量%過硫酸ナトリウム水溶液7.8g、2質量%L−アスコルビン酸水溶液9.1gを加えて長さ50mmのマグネティックスターラーチップを300r.p.m.で撹拌し均一に混合した後に、参考例1で得られた吸水性樹脂(A)を129g加えた。開始剤投入後2.4分に重合開始(白濁)を確認し、該ステンレス容器を10℃に調整した水槽に10mm浸した。なお、重合が開始した時の溶液の温度は16℃であった。開始剤投入後5.9分で重合温度がピークに達した。このときのピーク温度は103℃であった。開始剤投入から12分後(重合ピークより6.1分後)、該ステンレス容器を80℃の水槽に移し、前(10℃水槽に浸したの)と同様に10mm浸した。80℃の水槽に浸してから12分後にステンレス容器を水槽より引き上げ、含水重合体(含水ゲル)をステンレス容器より取り出した。
本比較例では、実施例1において使用した吸水性樹脂(A)を添加しない以外は、実施例1と同様の方法によって重合を行って比較粒子状吸水性樹脂(1)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(1)の諸物性を表1に示した。
本比較例では、参考例1によって得られた吸水性樹脂(A)321gを参考例1の脱気後の反応液に添加した以外は、参考例1と同様の方法によって重合を行って比較粒子状吸水性樹脂(2)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(2)の諸物性を表1に示した。
本比較例では、米国特許61807358号(特開平10−251310号公報の実施例2)を参照し、従来の吸収速度向上法として発泡重合を行なった。
攪拌重合、すなわち、米国特許出願公開2004−110897号に用いた連続ニーダー重合を行なったこと以外は、実施例1と同様の操作を行った。2軸の攪拌翼を有する重合容器として、該米国特許の実施例で使用のコンティニュアースニーダー((株)ダルトン製、CKDJS−40)で連続重合したのち、以下、同様に乾燥、粉砕表面架橋を行なったが、吸収速度の向上は見られなかった。以上、米国特許出願公開2004−110897号,米国特許670141号、同4625001号、同5250640号など攪拌重合では好ましくない。
本比較例では、特開平3−115313号公報に記載の実施例1と同様に、単量体水溶液(スラリー)濃度を56%、中和率75モル%のアクリル酸ナトリウムのスラリーを調製し、次いで、該単量体スラリー(単量体の水分散液)を35℃に冷却させた後、開始剤として過硫酸ナトリウムを添加し、厚さ15mmの層状にして重合を行ったこと以外は本願の実施例1と同様の操作を行った。
本比較例では、特開平3−115313号の実施例2に準じて、微粒子状シリカ(商品名:アエロジル、平均粒子径:0.02μm)を1重量%(対単量体の固形分)を含む、57重量%、中和率73モル%のアクリル酸ナトリウムのスラリーを調製し、比較例5と同様に重合を行ったこと以外は本願の実施例1と同様の操作を行った。尚、重合のピーク温度は168℃であった。
吸水性樹脂(A)を添加しないこと以外は、実施例4と同様の操作を行い、比較粒子状吸水性樹脂(7)を得た。比較粒子状吸水性樹脂(7)の諸物性を表1に示した。
純水の量を553.7gを504.6gに変更し、10質量%2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(V−50、和光純薬工業株式会社製)水溶液49.1gを、15質量%過硫酸ナトリウム水溶液および0.1質量%L−アスコルビン酸水溶液と同時に添加したこと以外は参考例1と同様の操作を行い、細分化された含水ゲル状架橋重合体を得た。
米国特許6562879のEXAMPLE1に従って、比較粒子状吸水性樹脂(9)を得た。
含水重合体(含水ゲル)の乾燥温度を180℃から100℃に変更したこと以外は実施例1と同様の操作を行い、粒子状吸水性樹脂(5)を得た。粒子状吸水性樹脂(5)の諸物性を表1に示した。
同じ重合温度の静置水溶液重合において、固体を未添加の比較例1に比べて、実施例1(吸水性樹脂を約15質量%添加)、実施例2(吸水性樹脂を約20質量%添加)、実施例3(ゼオライトを約5質量%添加)では、吸収速度(FSR)が約2倍程度に向上し、残存モノマーも100ppm以上低減することが分かる。さらに、他の物性(吸収倍率、加圧下吸収倍率、可溶分(量)など)も向上する傾向にある。
Claims (11)
- 酸基含有不飽和単量体の水溶液を重合する吸水性樹脂の製造方法であって、水不溶性の固形物の存在下で静置重合し、かつ重合の開始温度を40℃以上または重合時の最高温度を100℃以上に制御することを特徴とする製造方法。
- 前記固形物が水不溶性粒子である請求項1記載の製造方法。
- 前記静置重合が連続ベルト装置で行なわれる請求項1または2記載の製造方法。
- 前記固形物が吸水性樹脂の乾燥粉末または膨潤ゲル粒子である請求項1〜3の何れかに記載の製造方法。
- 前記固形物の含有量が酸基含有不飽和単量体に対して0.1〜50重量%であり、前記固形物の90重量%以上が標準篩5mm通過物である請求項1〜4の何れか1項に記載の製造方法。
- 前記単量体がアクリル酸(塩)を70〜99.999モル%および架橋剤0.001〜5モル%を含む請求項1〜5の何れか1項に記載の製造方法。
- 前記固形物が、生理食塩水に対する吸収倍率(CRC)5〜20g/gである吸水性樹脂である請求項1〜6の何れか1項に記載の製造方法。
- 重合時間が10分以下である請求項1〜7の何れか1項に記載の製造方法。
- 前記単量体の水溶液濃度が40〜90重量%の範囲である請求項1〜8の何れか1項に記載の製造方法。
- アクリル酸(塩)を70〜99.999モル%および架橋剤0.001〜5モル%を繰り返し単位とする吸水性樹脂粒子であって、下記(1)〜(6)を満たす吸水性樹脂粒子。
(1)吸収倍率(CRC)が20〜40g/gである。
(2)加圧下吸収倍率(AAP)が20〜40g/gである。
(3)吸収速度(FSR)が0.25〜1.0g/g/secである。
(4)嵩比重(JIS K 3362)が0.50〜0.80g/mlである。
(5)残存モノマーが0〜400ppmである。
(6)850〜150μmの粒子(JIS Z8801−1)が95〜100重量%である。 - 酸基含有不飽和単量体の水溶液を重合することにより得られ、
重合時の酸基含有不飽和単量体の重量を基準として水不溶性粒子0.1〜50重量%を内部に含む請求項10記載の吸水性樹脂粒子。
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