JP2018131558A - 吸水性樹脂粒子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(i)炭素数8〜30の芳香族エチレン性モノマー
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン及びヒドロキシスチレン等のスチレン、並びにビニルナフタレン及びジクロルスチレン等のスチレンのハロゲン置換体等。
(ii)炭素数2〜20の脂肪族エチレン性モノマー
アルケン(エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン及びオクタデセン等);並びにアルカジエン(ブタジエン及びイソプレン等)等。
(iii)炭素数5〜15の脂環式エチレン性モノマー
モノエチレン性不飽和モノマー(ピネン、リモネン及びインデン等);並びにポリエチレン性ビニルモノマー[シクロペンタジエン、ビシクロペンタジエン及びエチリデンノルボルネン等]等。
水溶液重合を行う場合、有機溶媒の使用量(重量%)は、水の重量を基準として40以下が好ましく、更に好ましくは30以下である。
ラジカル重合開始剤の使用量(重量%)は、水溶性ビニルモノマー(a1)及び加水分解性ビニルモノマー(a2)の、その他のビニルモノマー(a3)も使用する場合は(a1)〜(a3)の、合計重量に基づいて、0.0005〜5が好ましく、更に好ましくは0.001〜2である。
重合コントロール剤の使用量(重量%)は、水溶性ビニルモノマー(a1)及び加水分解性ビニルモノマー(a2)の、その他のビニルモノマー(a3)も使用する場合は(a1)〜(a3)の、合計重量に基づいて、0.0005〜5が好ましく、更に好ましくは0.001〜2である。
水溶性ビニルモノマー(a1)としてアクリル酸やメタクリル酸等の酸基含有モノマーを用いる場合、含水ゲルを塩基で中和しても良い。酸基の中和度は、50〜80モル%であることが好ましい。中和度が50モル%未満の場合、得られる含水ゲル重合体の粘着性が高くなり、製造時及び使用時の作業性が悪化する場合がある。更に得られる吸水性樹脂粒子の保水量が低下する場合がある。一方、中和度が80%を超える場合、得られた樹脂のpHが高くなり人体の皮膚に対する安全性が懸念される場合がある。
なお、中和は、吸水性樹脂粒子の製造において、架橋重合体(A)の重合以降のいずれの段階で行ってもよく、例えば、含水ゲルの状態で中和する等の方法が好ましい例として例示される。
中和する塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物や、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩を通常使用できる。
第4級アンモニウム基としては、ヘキシルトリメチルアンモニウム、オクチルトリメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム、セチルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクチルジメチルエチルアンモニウム、デシルジメチルエチルアンモニウム、ラウリルジメチルエチルアンモニウム、ジヘキシルジメチルアンモニウム、ジオクチルジメチルアンモニウム、ジデシルジメチルアンモニウム、ジドデシルジメチルアンモニウム、ジラウリルジメチルアンモニウムなどの第4級アンモニウム基が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数が8〜20のアルキル基を少なくとも1個有する第4級アンモニウム基であり、さらに好ましくは炭素数が8〜12のアルキル基を少なくとも1個有する第4級アンモニウム基であり、とくに好ましくは炭素数が8〜12のアルキル基を分子内に2個有する第4級アンモニウム基(ジオクチルジメチルアンモニウム、ジデシルジメチルアンモニウムなど)である。
カルボン酸:炭素数が1〜30のモノカルボン酸である飽和モノカルボン酸(酢酸、プロピオン酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸等)、不飽和モノカルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸等)、脂肪族オキシカルボン酸(グリコール酸、乳酸、グルコン酸等)、脂肪族ポリカルボン酸(シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸等)、芳香族カルボン酸(フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等)等;
スルホン酸:炭素数が1〜30の脂肪族スルホン酸(メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ラウルルスルホン酸等)、芳香族スルホン酸(p−トルエンスルホン酸、ナフタリンスルホン酸等)等;
有機燐酸:炭素数が1〜30の脂肪族アルキル燐酸、炭素数が1〜30の脂肪族アルキルホスフィン酸、炭素数が1〜30の脂肪族アルキルホスホン酸等;等が挙げられる。
無機酸としてはフッ化水素酸、塩酸、ブロム酸、ヨード酸、硫酸、硝酸、燐酸、炭酸、硼酸等が挙げられる。無機酸のうち好ましいものは塩酸、硫酸、燐酸、炭酸、硼酸である。
好ましくは有機酸である。有機酸のうち好ましいものは、カルボン酸であり、さらに好ましいものはモノカルボン酸、脂肪族オキシカルボン酸、脂肪族ポリカルボン酸、アミノ(ポリ)カルボン酸であり、特に好ましくはグルコン酸、アジピン酸である。第4級アンモニウム基含有化合物を構成する対アニオンが無機酸のアニオンの場合、後述する強酸および炭酸から選ばれる酸の無機塩を吸水性樹脂粒子と併用することによって、第4級アンモニウム塩化合物を構成する対アニオンが無機の酸であっても優れた消臭機能と抗菌機能の双方を発揮する。
還元剤(B)を混合方法としては、円筒型混合機、スクリュー型混合機、スクリュー型押出機、タービュライザー、ナウター型混合機、双腕型ニーダー、流動式混合機、V型混合機、ミンチ混合機、リボン型混合機、流動式混合機、気流型混合機、回転円盤型混合機、コニカルブレンダー及びロールミキサー等の公知の混合装置を用いて均一混合する方法が挙げられる。
アミン化合物含量(%)は、4級アンモニウム塩の純分に対する割合を指し、下記方法により求めた。
4級アンモニウム塩または溶液(純分濃度C%)を試料として2.0±0.2gを精秤(Sg)し、これに0.1mol/L塩酸標準液50mLを加えて混合する。次いで、電位差滴定装置にて0.1mol/L水酸化カリウム標準液で滴定を行い、第1段目の変曲点における滴定量(BmL)と第2段目の変曲点における滴定量(AmL)とを求める。
アミン化合物(%)={(A−B)×f×(4級化前の3級アミンの分子量)}/{S×C(%)}
式中、f:0.1mol/L水酸化カリウム標準液の力価である。
目開き63μm(JIS Z8801−1:2006)のナイロン網で作製したティーバッグ(縦20cm、横10cm)に測定試料1.00gを入れ、生理食塩水(食塩濃度0.9%)1,000ml中に無撹拌下、1時間浸漬した後引き上げて、15分間吊るして水切りした。その後、ティーバッグごと、遠心分離器にいれ、150Gで90秒間遠心脱水して余剰の生理食塩水を取り除き、ティーバッグを含めた重量(h1)を測定し、次式から保水量を求めた。なお、使用した生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃であった。(h2)は、測定試料の無い場合について上記と同様の操作により計測したティーバッグの重量である。
保水量(g/g)=(h1)−(h2)
目開き63μm(JIS Z8801−1:2006)のナイロン網を底面に貼った円筒型プラスチックチューブ(内径:25mm、高さ:34mm)内に、30メッシュふるいと60メッシュふるいを用いて250〜500μmの範囲にふるい分けした測定試料0.16gを秤量し、円筒型プラスチックチューブを垂直にしてナイロン網上に測定試料がほぼ均一厚さになるように整えた後、この測定試料の上に分銅(重量:300g、外径:24.5mm、)を乗せた。この円筒型プラスチックチューブ全体の重量(M1)を計量した後、生理食塩水(食塩濃度0.9%)60mlの入ったシャーレ(直径:12cm)の中に測定試料及び分銅の入った円筒型プラスチックチューブを垂直に立ててナイロン網側を下面にして浸し、60分静置した。60分後に、円筒型プラスチックチューブをシャーレから引き上げ、これを斜めに傾けて底部に付着した水を一箇所に集めて水滴として垂らすことで余分な水を除去した後、測定試料及び分銅の入った円筒型プラスチックチューブ全体の重量(M2)を計量し、次式から加圧下吸収量を求めた。なお、使用した生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃であった。
荷重下吸収量(g/g)={(M2)−(M1)}/0.16
図1及び図2で示される器具を用いて以下の操作により測定した。
測定試料0.32gを150ml生理食塩水1(食塩濃度0.9%)に30分間浸漬して膨潤ゲル粒子2を調製した。そして、垂直に立てた円筒3{直径(内径)25.4mm、長さ40cm、底部から60mlの位置及び40mlの位置にそれぞれ目盛り線4及び目盛り線5が設けてある。}の底部に、金網6(目開き106μm、JIS Z8801−1:2006)と、開閉自在のコック7(通液部の内径5mm)とを有する濾過円筒管内に、コック7を閉鎖した状態で、調製した膨潤ゲル粒子2を生理食塩水と共に移した後、この膨潤ゲル粒子2の上に円形金網8(目開き150μm、直径25mm)が金網面に対して垂直に結合する加圧軸9(重さ22g、長さ47cm)を金網と膨潤ゲル粒子とが接触するように載せ、更に加圧軸9におもり10(88.5g)を載せ、1分間静置した。引き続き、コック7を開き、濾過円筒管内の液面が60ml目盛り線4から40ml目盛り線5になるのに要する時間(T1;秒)を計測し、次式よりゲル通液速度(ml/min)を求めた。使用する生理食塩水及び測定雰囲気の温度は25℃±2℃で行った。T2は測定試料の無い場合について上記と同様の操作により計測した時間である。
ゲル通液速度(ml/min)=20ml×60/(T1−T2)
測定試料5gを直径5cmのアルミ製の皿に均一に入れ、30℃、相対湿度80%の恒温恒湿槽中で3時間放置した。放置後の吸水性樹脂の重量を測定し、その後12メッシュの金網で軽く篩い、吸湿によりブロッキングして12メッシュをパスしない吸水性樹脂の質量を測定し、下式により吸湿ブロッキング率を求めた。
吸湿ブロッキング率=(放置後の12メッシュ網に残る吸水性樹脂の質量/放置後の吸水性樹脂の質量)×100
吸水性樹脂粒子の初期着色(製造直後の着色)及び長期保存又は応用製品中での着色の進行しやすさは、デジタル測色色差計(日本電色工業株式会社製ND−1001DP型)を用いて促進試験前後のYI値(黄色度)を測定することにより評価した。黄色度が高いほど、着色が進行していることを示す。なお、着色促進試験(50日間促進試験)の手順は以下の通りである。
内径90mmのガラスシャーレに10gの吸水性樹脂粒子を入れ、表面が平坦になるように均した。これを40±2℃、80±2%Rhの恒温恒湿機内に50日間保管した。その後、恒温恒湿機内からシャーレを取り出して室温に戻した後、促進試験後のYI値(黄色度)を測定した。
吸水性樹脂粒子の製造直後及び促進試験後の臭気は以下の試験法により評価した。
水性液体吸収性樹脂1gを100mlのビーカーに入れ、0.9重量%塩化ナトリウム水溶液20gを加えた後、フィルムでビーカーを密閉し37℃で1時間放置した。その後、成人の被験者10名による臭気官能試験を行い、以下の評点に基づき平均点を算出した。
0:不快な臭気なし
1:わずかに不快な臭気有り
2:不快な臭気有り
3:特に不快な臭気が強い
なお、促進試験は40±2℃、80±2%Rhの恒温恒湿機内に50日間保管することにより行われ、着色促進試験後のYI値(黄色度)の測定に使用した吸水性樹脂粒子をそのまま使用した。
300ccフラスコに感受性ブイヨン培地3.45gとイオン交換水150mlを入れ溶解した後、オートクレーブ滅菌する。上記培地に試験試料1.0gを添加し攪拌しながら膨潤させた後、菌数が1×106 個/mlとなるように大腸菌を接種した。このサンプルを37℃で振とう培養して、2時間後および10時間後にサンプリングし、必要に応じて滅菌生理食塩水にて段階希釈を行う。菌数測定は、混和平面培養法にて行う。上記サンプリング品または希釈品を滅菌シャーレに1mlづつ入れた後、寒天培地を20ml注ぎ、シャーレ上に均一に分散固化させ、37℃で2日間培養する。培養後にコロニーカウントし、希釈倍率をかけて生菌数とする。なお、ブランクとして、試験試料を添加せず大腸菌のみを接種した場合の生菌数は、2時間後で6.1×108 個/ml、10時間後で8.3×109 個/mlであった。大腸菌の場合と同様にしてアンモニア産生菌についても抗菌性をテストした。なお、ブランクとして、試験試料を添加せずアンモニア産生菌のみを接種した場合の生菌数は、2時間後で8.6×108 個/ml、10時間後で9.7×109 個/mlであった。
50%グルコン酸水溶液157部(純分換算0.40モル)と水215部を80〜90℃に保ちながらジデシルジメチルアンモニウムメチルカーボネートのメタノール溶液230部(メタノール69部含有;純分換算0.40モル)を2時間で徐々に加え、発生する二酸化炭素とメタノールを留去し、ジデシルジメチルアンモニウム・グルコン酸塩(C1)を40%含むアンモニウム水溶液(1)を得た。アミン含量を測定したところ、アンモニウム塩の純分に対して0.1%であった。
ジデシルメチルアミン124.6部(0.40モル)とエタノール30.0部及び水114.8部をオートクレーブに入れ、60℃に保ちながら窒素置換した。その後、塩化メチル20.2部(0.40モル)を1時間かけて圧入し、60〜70℃で3時間攪拌して反応させることで、ジデシルジメチルアンモニウム塩酸塩(C2)を50%含むアンモニウム水溶液(2)を作成した。アミン含量を測定したところ、1.0%だった。
製造例1で得られたアンモニウム水溶液(1)99.5部にジデシルメチルアミン0.5部を加えて、アンモニウム水溶液(3)を得た。アミン含量を測定したところ、アンモニウムの純分に対して1.3%であった。
水溶性ビニルモノマー(a1−1){アクリル酸、三菱化学株式会社製、純度100%}155部(2.15モル部)、架橋剤(b1){ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ダイソ−株式会社製}0.6225部(0.0024モル部)及び脱イオン水340.27部を攪拌・混合しながら3℃に保った。この混合物中に窒素を流入して溶存酸素量を1ppm以下とした後、1%過酸化水素水溶液0.62部、2%アスコルビン酸水溶液1.1625部及び2%の2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド]水溶液2.325部を添加・混合して重合を開始させた。混合物の温度が90℃に達した後、90±2℃で約5時間重合することにより含水ゲル(3−1)を得た。次にこの含水ゲル(3−1)502.27部をミンチ機(ROYAL社製12VR−400K)で細断しながら48.5%水酸化ナトリウム水溶液118.54部を添加して混合した後、亜硫酸ナトリウム(B1)の15%水溶液18.68部を添加し、さらに1回ミンチ機を通して混練して細断ゲル(3−2)を得た。さらに細断ゲル(3−2)を140℃、75分で乾燥し、乾燥体を得た。乾燥体をジューサーミキサー(Oster社製OSTERIZER BLENDER)にて粉砕した後、目開き150及び710μmのふるいを用いて150〜710μmの粒度に調整することにより、乾燥体粒子を得た。この乾燥体粒子100部を高速攪拌(細川ミクロン製高速攪拌タービュライザー:回転数2000rpm)しながらエチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水/メタノール混合溶液(水/メタノールの重量比=70/30)の4.5部をスプレー噴霧しながら加えて混合し、150℃で30分間静置して表面架橋することにより、表面架橋された吸水性樹脂粒子(S1)を得た。吸水性樹脂粒子(S1)の重量平均粒子径は400μmであり、保水量は38g/gであった。
亜硫酸ナトリウム(B1)の15%水溶液の添加量を18.68部から8.30部に変える以外は製造例4と同様の操作を行い、表面架橋された吸水性樹脂粒子(S2)を得た。吸水性樹脂(S2)の重量平均粒子径は400μmであり、保水量は37g/gであった。
亜硫酸ナトリウム(B1)の15%水溶液18.68部を添加しない以外は製造例4と同様の操作を行い、表面架橋された吸水性樹脂粒子(S3)を得た。吸水性樹脂(S3)の重量平均粒子径は400μmであり、保水量は37g/gであった。
吸水性樹脂粒子(S1)100部を高速攪拌(細川ミクロン製高速攪拌タービュライザー:回転数2000rpm)しながら、アンモニウム水溶液(1)0.125部と40%ナトリウムミョウバン0.75部をスプレー噴霧しながら加えて混合し、更にヒュームドシリカ(アエロジル社製Aerosil200)を0.2部添加し均一混合した後、80℃で30分間加熱して、本発明の吸水性樹脂粒子(D1)を得た。この吸水性樹脂粒子(D1)の性能測定結果を表1に示す。
アンモニウム水溶液(1)の添加量を0.125部から2.5部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の吸水性樹脂粒子(D2)を得た。この吸水性樹脂粒子(D2)の性能測定結果を表1に示す。
アンモニウム水溶液(1)の添加量を0.125部から0.025部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の吸水性樹脂粒子(D3)を得た。この吸水性樹脂粒子(D3)の性能測定結果を表1に示す。
40%ナトリウムミョウバンの添加量を0.75部から3.0部に変更し、更にヒュームドシリカを添加しない以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の吸水性樹脂粒子(D4)を得た。この吸水性樹脂粒子(D4)の性能測定結果を表1に示す。
40%ナトリウムミョウバンを添加せず、更にヒュームドシリカの添加量を0.2部から0.4部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の吸水性樹脂粒子(D5)を得た。この吸水性樹脂粒子(D5)の性能測定結果を表1に示す。
アンモニウム水溶液(1)0.125部をアンモニウム水溶液(2)0.10部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の吸水性樹脂粒子(D6)を得た。この吸水性樹脂粒子(D6)の性能測定結果を表1に示す。
吸水性樹脂粒子(S1)100部を吸水性樹脂粒子(S2)100部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の吸水性樹脂粒子(D7)を得た。この吸水性樹脂粒子(D7)の性能測定結果を表1に示す。
吸水性樹脂粒子(S1)100部を吸水性樹脂粒子(S2)100部に変更し、更にアンモニウム水溶液(1)0.125部をアンモニウム水溶液(2)0.10部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の吸水性樹脂粒子(D8)を得た。この吸水性樹脂粒子(D8)の性能測定結果を表1に示す。
アンモニウム水溶液(1)0.125部を添加しない以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較用の吸水性樹脂粒子(H1)を得た。この吸水性樹脂粒子(H1)の性能測定結果を表1に示す。
吸水性樹脂粒子(S1)100部を吸水性樹脂粒子(S3)100部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較用の吸水性樹脂粒子(H2)を得た。この吸水性樹脂粒子(H2)の性能測定結果を表1に示す。
アンモニウム水溶液(1)0.125部をアンモニウム水溶液(3)0.125部に変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較用の吸水性樹脂粒子(H3)を得た。この吸水性樹脂粒子(H3)の性能測定結果を表1に示す。
2 含水ゲル粒子
3 円筒
4 底部から60mlの位置の目盛り線
5 底部から40mlの位置の目盛り線
6 金網
7 コック
8 円形金網
9 加圧軸
10 おもり
Claims (9)
- 水溶性ビニルモノマー(a1)及び/又は加水分解により水溶性ビニルモノマー(a1)となるビニルモノマー(a2)、並びに架橋剤(b)を含む単量体組成物の架橋重合体(A)、還元剤(B)及び、架橋重合体(A)の重量に対して0.01〜2重量%の4級アンモニウム塩(C)を含み、40℃80%Rh条件下での50日間促進試験後の黄色度(YI値)が20以下であることを特徴とする吸水性樹脂粒子。
- 4級アンモニウム塩(C)が炭素数8〜30のアルキル基を少なくとも1つ有する請求項1に記載の吸水性樹脂粒子。
- 4級アンモニウム塩(C)がアミン化合物を4級アンモニウム塩(C)の重量に基づいて、0.01〜1重量%含む請求項1又は2に記載の吸水性樹脂粒子。
- 還元剤(B)が無機硫黄系還元剤である請求項1〜3いずれかに記載の吸水性樹脂粒子。
- 水溶性ビニルモノマー(a1)及び/又は加水分解により水溶性ビニルモノマー(a1)となるビニルモノマー(a2)、並びに架橋剤(b)を含む単量体組成物の架橋重合体(A)、還元剤(B)及び、架橋重合体(A)の重量に対して0.01〜2重量%の4級アンモニウム塩(C)を含み、40℃80%Rh条件下での50日間促進試験後の黄色度(YI値)が20以下である吸水性樹脂粒子の製造方法であって、架橋重合体(A)に還元剤(B)を混合する工程を有し、前記混合工程の後、4級アンモニウム塩(C)を混合することを特徴とする吸水性樹脂粒子の製造方法。
- 前記単量体組成物を水溶液重合して得られた含水ゲル状物である架橋重合体(A)を乾燥する工程を有する請求項5に記載の製造方法。
- 4級アンモニウム塩(C)を前記乾燥工程後に混合する請求項6に記載の製造方法。
- 還元剤(B)を前記乾燥工程前の含水ゲル状物である架橋重合体(A)に混合する請求項6又は7に記載の製造方法。
- 請求項1〜4に記載の吸水性樹脂粒子を含む吸収性物品。
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