JP2017177065A - 吸水剤の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1−1)吸水剤
本明細書において、「吸水剤」とは、吸水性樹脂を主成分(好ましくは全体の60重量%以上、より好ましくは80重量%以上、さらに好ましくは90重量%以上)とする水性液のゲル化剤であり、その他に、任意成分として水、無機微粒子、カチオン性高分子化合物、水溶性多価金属カチオン含有化合物、界面活性剤、着色防止剤、耐尿性向上剤、消臭剤、香料、抗菌剤、発泡剤、顔料、染料、肥料、酸化剤及び還元剤等を、それぞれ0重量%以上10重量%以下、好ましくは0.1重量%以上1重量%以下含有してもよい。
本明細書における吸水性樹脂とは、水膨潤性水不溶性の高分子ゲル化剤を意味する。尚、「水膨潤性」とは、ERT441.2−02で規定するCRC(無加圧下吸収倍率)が5g/g以上であることをいい、また、「水不溶性」とは、ERT470.2−02で規定するExtr(水可溶分)が0重量%以上50重量%以下であることをいう。
「添加液CRC」における「CRC」は、Centrifuge Retention Capacity(遠心分離機保持容量)の略称であり、無加圧下吸収倍率を意味する。ここで、添加液CRCは、後述する添加液500gを吸水性樹脂0.2gに30分間含浸させ、遠心分離機を用いて250Gで水切りした後の上記吸水性樹脂の吸収倍率である。すなわち、通常のCRCと異なり、0.9重量%の塩化ナトリウム水溶液(生理食塩水)に対してではなく、実際に吸水性樹脂に含浸させる添加液500gを不織布中の吸水性樹脂0.2gに30分間含浸させ、吸水性樹脂を自由膨潤させた後、遠心分離機を用いて250Gで水切りした後の吸水性樹脂の吸収倍率(単位;g/g)である。
本発明に係る吸水剤の製造方法は、有機化合物の塩を溶解又は分散させた添加液を表面架橋処理された吸水性樹脂に含浸させる含浸工程を有している。
本工程は、有機化合物の塩を溶解又は分散させた添加液を表面架橋処理された吸水性樹脂に含浸させる工程である。
添加液は、有機化合物の塩を溶解又は分散させた液であり、表面架橋工程後の吸水性樹脂に含浸するための液である。
添加液の溶媒又は分散媒として、水とアルコール類との混合物を用いる場合、アルコール類の濃度としては、添加液中(すなわち、有機化合物の塩と、水と、アルコール類との合計量を100重量%としたときに)、30重量%以上50重量%以下が好ましく、30重量%以上45重量%以下がより好ましく、35重量%以上40重量%以下がさらに好ましい。
アルコール類としては、例えば、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール及びt−ブチルアルコール等の低級アルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、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、プロピレングリコール、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、ポリプロピレングリコール、2−ブテン−1,4−ジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール及びグリセリン等の多価アルコール;並びにエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミノアルコール化合物等が挙げられ、多価アルコール及びアミノアルコール化合物が好ましく、多価アルコールがより好ましい。多価アルコールを用いることにより、有機化合物の塩を、水とアルコールとの混合物に、より溶解させやすくなる。
添加液の溶媒又は分散媒として、水とケトン類との混合物を用いる場合、ケトン類の濃度としては、アルコール類と同様に、添加液中(すなわち、有機化合物の塩と、水と、ケトン類との合計量を100重量%としたときに)、30重量%以上50重量%以下が好ましく、30重量%以上45重量%以下がより好ましく、35重量%以上40重量%以下がさらに好ましい。
ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、アセトフェノン及びベンゾフェノン等が挙げられ、アセトン及びメチルエチルケトンが好ましく、アセトンがより好ましい。アセトンを用いることにより、有機化合物の塩を、水とケトン類との混合物に、より溶解させやすくなる。
有機化合物の塩は、添加液に分散又は溶解されるものである。
吸水性樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体、デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体の加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物、アクリロニトリル共重合体若しくはアクリルアミド共重合体の加水分解物又はこれらの架橋体、カルボキシル基含有架橋ポリビニルアルコール変性物及び架橋イソブチレン−無水マレイン酸共重合体等を挙げることができ、これらの1種を用いてもよく、2種以上を併用することもできる。
吸水性樹脂に添加液を含浸させる方法としては、例えば、添加液と吸水性樹脂とを撹拌下で混合させる方法、添加液に吸水性樹脂を浸漬させる方法、及び、添加液を流動過程の吸水性樹脂に散布する方法等が挙げられ、吸水性樹脂に均一に添加液を含浸させることができるという観点から、添加液を吸水性樹脂に撹拌下で混合させる方法及び添加液に吸水性樹脂を含浸させる方法が好ましい。
なお、本発明に係る吸水剤の製造方法は、添加液を含浸後の吸水性樹脂を、乾燥したり加熱したりする乾燥工程等をさらに有してもよい。加熱することで、吸水性樹脂への添加液中の溶媒又は分散媒の浸透が促進されて、表面が乾燥して迅速に粒子状となりうる。加熱温度は30℃以上250℃以下が好ましく、50℃以上150℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。また、時間も1秒以上3時間以下が好ましく、1分以上1時間以下がより好ましい。
上述した吸水剤の製造方法で用いた吸水性樹脂の製造方法は、以下の重合工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程、及び、その他の添加剤添加工程を含む。
本工程は、不飽和単量体を含む水溶液を重合して、含水ゲル状架橋重合体(以下、「含
水ゲル」と称する)を得る工程である。
吸水性樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体、デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体の加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物、アクリロニトリル共重合体若しくはアクリルアミド共重合体の加水分解物又はこれらの架橋体、カルボキシル基含有架橋ポリビニルアルコール変性物及び架橋イソブチレン−無水マレイン酸共重合体等を挙げることができ、これらの1種を用いてもよく、2種以上を併用することもできる。つまり、吸水性樹脂を得るために用いる不飽和単量体としては、所望する物性を得ることができる単量体を選択すればよい。なお、得られる吸水性樹脂の物性の観点から、吸水性樹脂としては、ポリアクリル酸(塩)系架橋重合体(同義語:ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂)を用いることが特に好ましい。
本発明における吸水性樹脂は、水膨潤性及び水不溶性を有していれば、内部架橋構造を有していると考えることができる。従って、内部架橋剤を用いずに不飽和単量体の自己架橋によって得られるものであってもよいが、好ましくは、不飽和単量体と内部架橋剤とを共重合又は反応させて得られるものがよい。なお、該内部架橋剤としては、一分子内に2以上の重合性不飽和基及び2以上の反応性基を有するものが挙げられる。
重合工程において使用される重合開始剤は、重合形態によって適宜選択され、特に限定されないが、例えば、光分解型重合開始剤、熱分解型重合開始剤及びレドックス系重合開始剤等を例示することができる。
重合工程において、不飽和単量体を重合するに際して、バルク重合又は沈殿重合を行うことも可能ではあるが、得られる吸水性樹脂の性能、重合制御の容易性、及び含水ゲルの吸水性能等の観点から、不飽和単量体を水溶液として重合を行う水溶液重合又は逆相懸濁重合が好ましく採用される。なお、該不飽和単量体には、上述した他の単量体及び内部架橋剤を含むものとする。
本工程は、重合工程で得られた含水ゲル状架橋重合体(含水ゲル)を乾燥する工程である。なお、重合工程が水溶液重合である場合には、含水ゲルの乾燥前及び/又は乾燥後に、通常、粉砕化処理を行う。
本工程は、乾燥工程で得られた乾燥重合体を、粉砕及び/又は分級して、吸水性樹脂を得る工程であり、粉砕工程後に得られる吸水性樹脂を粉砕物と称することもある。
以上のように、架橋重合及び乾燥処理が施され、必要に応じて粉砕されて吸水性樹脂が得られる。その後、さらに、該吸水性樹脂の表面に架橋(二次架橋)処理を施して吸水性樹脂とすることによって、表面近傍の架橋密度を高めて、吸水性樹脂の諸物性の改良を行うことが好ましい。
剤との組み合わせ等にもよるが、吸水性樹脂100重量部に対して、0.001重量部以上10重量部以下が好ましく、0.01重量部以上5重量部以下がより好ましい。
表面架橋剤の添加は、種々の手法で行うことができる。例えば、吸水性樹脂が水溶液重合で得られる場合には、乾燥工程中又は乾燥工程後の吸水性樹脂に、表面架橋剤を必要に応じて水及び/又は親水性有機溶媒と予め混合して、吸水性樹脂に滴下混合する方法が好ましく、噴霧する方法がより好ましい。噴霧される液滴の大きさは、平均液滴径として0.1μm以上300μm以下が好ましく、1μm以上200μm以下がより好ましい。
本工程は表面架橋後の吸水性樹脂に種々の機能を与えるために、その他の添加剤を添加する工程であり、一つ又は複数の工程から構成される。添加剤としては、無機微粒子、界面活性剤、香料、発泡剤、顔料、染料及び肥料等の添加物を含有し、機能を付与したり高めたりするものであってもよい。
吸水性樹脂は、界面活性剤を含んでいてもよく、本発明の製造方法がいずれかの工程で界面活性剤を混合する工程を含むことが好ましい。
[製造例1]
中和率75モル%のアクリル酸ナトリウム水溶液5500g(単量体濃度35重量%)に、ポリエチレングリコールジアクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数8)2.8g(0.025モル%:対アクリル酸)を溶解させ反応液とした後、当該反応液を窒素ガス雰囲気下で30分間脱気した。
製造例1において、ポリエチレングリコールジアクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数8)2.4g(アクリル酸に対して0.021モル%)に変更した以外は同様の操作を行い、砕状の吸水性樹脂粉体(b)を得た。吸水性樹脂粉体(b)の遠心分離機保持容量(CRC)は55.1g/g、固形分は5.0重量%であった。
製造例1で得た吸水性樹脂粒子(A)100重量部に対し、ベンゾヒドロキサム酸ナトリウム0.1重量部、プロピレングリコール0.36重量部及び水0.54重量部からなる添加液を撹拌下で添加し、吸水性樹脂(A)と、添加液とを混合した。混合後、混合物を60℃で1時間乾燥させた。得られた乾燥物を目開き850μmのJIS標準篩を通過するまで解砕した。こうして、吸水剤(1)を得た。結果を表1に示す。
プロピレングリコール0.36重量部の代わりに、グリセリン0.36重量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、吸水剤(2)を得、吸水性樹脂(A)の添加液CRCを測定した。吸水剤(2)及び添加液CRCの結果を表1に示す。
吸水性樹脂(A)の代わりに、製造例2で得た吸水性樹脂(B)を用い、プロピレングリコール0.36重量部の代わりに、1,3−プロパンジオール0.36重量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、吸水剤(3)を得、吸水性樹脂(B)の添加液CRCを測定した。
プロピレングリコール0.36重量部及び水0.54重量部の代わりに、プロピレングリコール0.27重量部及び水0.63重量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、比較吸水剤(1)を得、吸水性樹脂(A)の添加液CRCを測定した。
プロピレングリコール0.36重量部及び水0.54重量部の代わりに、プロピレングリコール0.54重量部及び水0.36重量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、比較吸水剤(2)を得、吸水性樹脂(A)の添加液CRCを測定した。結果を表1に示す。
1,3−プロパンジオール0.36重量部及び水0.54重量部の代わりに、1,3−プロパンジオール0.27重量部及び水0.63重量部を用いた以外は、実施例3と同様の方法により、比較吸水剤(3)を得、吸水性樹脂(B)の添加液CRCを測定した。結果を表1に示す。
1,3−プロパンジオール0.36重量部及び水0.54重量部の代わりに、1,3−プロパンジオール0.54重量部及び水0.36重量部を用いた以外は、実施例3と同様の方法により、比較吸水剤(4)を得、吸水性樹脂(B)の添加液CRCを測定した。結果を表1に示す。
粉体流動性の評価は、実施例1〜3及び比較例1〜4の吸水剤の安息角、スパチュラ角、圧縮度及び均一度をホソカワミクロン社製パウダーテスターPT−Xを用いて測定し、DR.Carrが提案する粉体流動性指数式から算出することで行った。測定は、室温(23℃)、湿度40%の雰囲気条件下で行った。実施例1〜3及び比較例1〜4の吸水剤の粉体流動性指標と、粉体流動性評価を表1に示す。粉体流動性指数と粉体流動性の評価との関係は以下の通りである。
粉体流動性指数:粉体流動性の評価
80以上:粉体流動性は極めて良好
70〜79:粉体流動性は良好
60〜69:粉体流動性はやや不良
59以下:粉体流動性は不良
粉体流動性指数と粉体流動性の評価との関係及び表1から、添加液CRCが5g/g以上30g/g以下である吸水剤(1)〜(3)の粉体流動性が極めて良好であることがわかった。一方、添加液CRCが5g/g未満である比較吸水剤(2)及び(4)の粉体流動性は、やや不良又は不良であることがわかった。
Fe(II)が0.00004重量%、L−アスコルビン酸が0.02重量%となるように、予め調製した生理食塩水に各成分を添加し、劣化試験液を作成した。具体的には、生理食塩水999.99gに、FeSO4・7H2O0.01gを溶解して、Fe(II)が0.0002重量%の硫酸鉄水溶液を作成し、Fe(II)が0.0002重量%の硫酸鉄水溶液60gと、L−アスコルビン酸0.06gとを、生理食塩水299.94gに溶解させ、劣化試験液を調製した。
[数1]
Na(mol)=(VaーVab)/1000×0.1・・・(1)
Nb(mol)=N1−Na・・・(2)
なお、N1(mol)は測定用濾液中に含まれる可溶分のモル総数であり、以下の式(3)により求められる。
[数2]
N1(mol)=(Vb−Vbb)/1000×0.1・・・(3)
次に、求めたNa(mol)及びNb(mol)と、以下の式(4)及び(5)とを元に、吸水剤の可溶分のうち酸基を有するユニットの相対重量Wa(g)、及び、吸水剤に含まれている可溶分のうちアルカリ金属によって中和されたカルボキレート基を有するユニットの相対重量Wb(g)を求めた。
[数3]
Wa(g)=Na×72×200/F・・・(4)
Wb(g)=Nb×94×200/F・・・(5)
ここで、72はアクリル酸ポリマーの繰り返しユニット1モルあたりの重量であり、アクリル酸以外の酸基を有するモノマーを共重合させる場合には、該モノマーを含めた繰り返しユニットの平均重量の値に変更される。
[数4]
劣化可溶分(重量%)=((Wa+Wb)/m)×100・・・(6)
また、劣化可溶分(重量%)の値と、耐尿性の評価との関係は以下の通りである。
劣化可溶分:耐尿性の評価
10重量%以下:耐尿性は極めて良好
10重量%より大きく30重量%以下:耐尿性は良好
30重量%より大きく60重量%以下:耐尿性はやや不良
60重量%より大きい:耐尿性は不良
耐尿性の評価と耐尿性の評価との関係及び表1から、吸水剤(1)〜(3)の耐尿性が極めて良好又は良好であることがわかった。
Claims (10)
- 有機化合物の塩を溶解又は分散させた添加液を表面架橋処理された吸水性樹脂に含浸させる含浸工程を有し、
上記添加液500gを上記吸水性樹脂0.2gに30分間含浸させ、遠心分離機を用いて250Gで水切りした後の上記吸水性樹脂の吸収倍率である、添加液CRCが5g/g以上30g/g以下であることを特徴とする、吸水剤の製造方法。 - 上記添加液の溶媒又は分散媒は、水とアルコール類との混合物であることを特徴とする、請求項1に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記アルコール類は、多価アルコールであることを特徴とする、請求項2に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記多価アルコールは、1,3−プロパンジオール、プロピレングリコール及びグリセリンからなる群より選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項3に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記添加液中のアルコール類の濃度は、30重量%以上50重量%以下であることを特徴とする、請求項2〜4の何れか1項に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記添加液中の有機化合物の塩の濃度は、5重量%以上15重量%以下であることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記添加液のpHが6以上であることを特徴とする、1〜6の何れか1項に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記添加液の粘度が1mPa・s以上20mPa・s以下であることを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記有機化合物の塩は、アニオンとして有機アニオンを含むものであることを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載の吸水剤の製造方法。
- 上記有機アニオンは、アミノカルボン酸誘導体アニオン、アミノアルコール誘導体アニオン、ヒドロキサム酸誘導体アニオン、ヒドロキシカルボン酸誘導体アニオン又はポリアミン誘導体アニオンであることを特徴とする、請求項9に記載の吸水剤の製造方法。
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