JP2019072653A - Manufacturing method of absorbent, and absorbent - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸水剤の製造方法及び吸水剤に関する。 The present invention relates to a method of producing a water absorbing agent and a water absorbing agent.
吸水性樹脂は、紙おむつ及び生理用品等の衛生材料、保水剤及び土壌改良剤等の農園芸材料、止水剤及び結露防止剤等の工業資材等の種々の分野で広く使用されている。特に吸水性樹脂は、紙おむつ、生理用品及び簡易トイレ等の衛生材料に使用されることが多い。
近年、環境保全の観点から、使用済み衛生材料(例えば、紙おむつ)に含まれる再生資源(例えば、パルプ)を回収し、これを再利用する試みがなされている。衛生材料から再生資源を回収するには、まず再生資源を吸水性樹脂から分離させる必要がある。しかしながら、一般的に、水を吸収してゲル状となった吸水性樹脂(以下、「使用済み吸水性樹脂」と称する)は再生資源と分離し難く、それ故、衛生材料から使用済み吸水性樹脂を除いて再生資源だけを回収することが困難である。
Water-absorbent resins are widely used in various fields such as sanitary materials such as disposable diapers and sanitary products, agricultural and horticultural materials such as water retention agents and soil conditioners, and industrial materials such as water sealants and anti-condensing agents. In particular, water absorbent resins are often used in sanitary materials such as disposable diapers, sanitary products and simple toilets.
In recent years, from the viewpoint of environmental protection, attempts have been made to recover recycled resources (for example, pulp) contained in used sanitary materials (for example, disposable diapers) and reuse them. In order to recover reclaimed resources from sanitary materials, it is first necessary to separate the reclaimed resources from the water absorbent resin. However, in general, a water-absorbent resin (hereinafter referred to as a "spent water-absorbent resin") that has become a gel by absorbing water is difficult to separate from the reclaimed resources, and therefore, it can be used hygienic materials to absorb used water. It is difficult to recover only recycled resources except for resin.
このような問題を解決するため、使用済み吸水性樹脂を分解してから再生資源を回収する方法が検討されている。例えば、特許文献1及び2に開示の技術では、使用済み紙おむつを破断した後に、ポリマー分解剤を混ぜた水で紙おむつに含まれる使用済み吸水性樹脂をモノマーに分解してから、再生資源であるパルプ成分を分離回収している。 In order to solve such a problem, a method of decomposing a used water absorbent resin and then recovering a reclaimed resource has been studied. For example, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, after the used disposable diaper is broken, the used water-absorbent resin contained in the disposable diaper is decomposed into monomers with water mixed with a polymer decomposing agent, and then the recycled resource is used. Pulp components are separated and collected.
しかしながら、特許文献1及び2に開示の技術では、使用済み吸水性樹脂の分解にポリマー分解剤が必要であるため、再生資源の回収作業が煩雑であるだけでなく、ポリマー分解剤を常に保管しなければならないという問題がある。 However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the polymer decomposing agent is required for decomposing the used water absorbent resin, not only the recovery operation of the recycled resources is complicated, but the polymer decomposing agent is always stored. There is a problem of having to
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、優れた吸水性能を有し且つ再生資源を回収する際に容易に再生資源と分離可能な吸水剤の製造方法、及び、該吸水剤を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a method for producing a water-absorbing agent that has excellent water-absorbing performance and can be easily separated from the reclaimed resource when recovering the reclaimed resource, and the water-absorbing agent. The purpose is to
本発明者らは、吸水後において優れた自己分解特性を示す吸水性樹脂を用いれば、ポリマー分解剤などの外的手段に依ることなく、使用済み吸水剤と再生資源を容易に分離可能であることを見出し、鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。
具体的には、本発明者らは、従来の吸水剤と同等以上の優れた吸水性能を有し、且つ、吸水後において優れた自己分解特性を有する吸水性樹脂について研究を重ね、その結果、特定組成の水性溶媒で膨潤した吸水性樹脂を凍結乾燥することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
The present inventors can easily separate the used water absorbent from the recycled resource without using any external means such as a polymer decomposing agent by using a water absorbent resin that exhibits excellent self-decomposition characteristics after water absorption. As a result of intensive research, the present invention has been completed.
Specifically, the present inventors have repeatedly conducted researches on water-absorbent resins having excellent water absorption performance equal to or higher than conventional water-absorbent agents and having excellent self-decomposition characteristics after water absorption, and as a result, It has been found that the above object can be achieved by lyophilizing a water-absorbent resin swollen with an aqueous solvent of a specific composition, and the present invention has been accomplished.
すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の発明を包含する。
項1
アルコール及び水を含有する水性溶媒で膨潤した吸水性樹脂を凍結乾燥する工程を含む、吸水剤の製造方法。
項2
前記水性溶媒が、アルコールを1〜25質量%含有する、項1に記載の吸水剤の製造方法。
項3
前記アルコールが、炭素数5以下の低級アルコールである、項1又は2に記載の吸水剤の製造方法。
項4
前記アルコールが、第2級アルコール又は第3級アルコールである、項1乃至3のいずれか1項に記載の吸水剤の製造方法。
項5
前記アルコールが、炭素数5以下の第3級アルコールである、項1又は2に記載の吸水剤の製造方法。
項6
多孔質構造を有しており、
下記式(1)で表されるゲル劣化指数が0.75以下である、吸水剤。
ゲル劣化指数=B/A (1)
(ここで、Aは初期のゲル強度(Pa)、Bは3日後のゲル強度(Pa)である)
項7
生理食塩水に対する、保水能が35〜50g/g以上であり、加圧下吸水能が24〜30ml/gであり、吸水速度が35〜42秒である、請求項6に記載の吸水剤。
That is, the present invention includes, for example, the inventions described in the following sections.
Item 1
A method for producing a water-absorbing agent, comprising the step of freeze-drying a water-absorbent resin swollen with an aqueous solvent containing alcohol and water.
Item 2
Item 2. The method for producing a water-absorbing agent according to Item 1, wherein the aqueous solvent contains 1 to 25% by mass of an alcohol.
Item 3
Item 3. The method for producing a water-absorbent agent according to item 1 or 2, wherein the alcohol is a lower alcohol having 5 or less carbon atoms.
Item 4
Item 4. The method for producing a water-absorbing agent according to any one of Items 1 to 3, wherein the alcohol is a secondary alcohol or a tertiary alcohol.
Item 5
Item 3. The method for producing a water-absorbing agent according to Item 1 or 2, wherein the alcohol is a tertiary alcohol having 5 or less carbon atoms.
Item 6
Has a porous structure,
A water absorbing agent whose gel degradation index represented by the following formula (1) is 0.75 or less.
Gel degradation index = B / A (1)
(Here, A is the initial gel strength (Pa), B is the gel strength after 3 days (Pa))
Item 7
The water-absorbing agent according to claim 6, which has a water-holding capacity of 35 to 50 g / g or more, a water-absorbing capacity under pressure of 24 to 30 ml / g, and a water-absorbing speed of 35 to 42 seconds with respect to physiological saline.
本発明の吸水剤の製造方法によれば、従来の吸水剤と同等以上の優れた吸水性能を有しつつ、容易に再生資源と分離可能な吸水剤を製造することができる。
本発明の吸水剤は、優れた吸水性能を維持しつつ、吸水後の分解が速い。
According to the method of producing a water absorbing agent of the present invention, it is possible to easily produce a water absorbing agent that can be easily separated from regenerated resources, while having excellent water absorption performance equal to or greater than that of the conventional water absorbing agent.
The water absorbing agent of the present invention has a rapid decomposition after water absorption while maintaining excellent water absorbing performance.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、本明細書中において、「〜」で結ばれる数値範囲は、「〜」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を意味する。複数の下限値と複数の上限値が別個に記載されている場合、任意の下限値と任意の上限値を選択し、「〜」で結ぶことで特定の数値範囲を得ることができるものとする。
また、本明細書では、凍結乾燥される前後の吸水性樹脂を区別するため、凍結乾燥された吸水性樹脂を「吸水剤」と称する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In addition, in this specification, the numerical range connected by "-" means the numerical range which includes the numerical value before and behind "-" as a lower limit and an upper limit. When a plurality of lower limits and a plurality of upper limits are described separately, a specific numerical range can be obtained by selecting an arbitrary lower limit and an arbitrary upper limit and connecting them with "-". .
Further, in the present specification, in order to distinguish between the water-absorbent resin before and after being freeze-dried, the freeze-dried water-absorbent resin is referred to as a "water-absorbent agent".
1.吸水剤の製造方法
本発明の吸水剤の製造方法は、アルコール及び水を含有する水性溶媒で膨潤した吸水性樹脂を凍結乾燥する工程(以下、「凍結乾燥工程」と略記する場合がある)を含む。
以下、本発明で用いられる吸水性樹脂について説明した後、凍結乾燥工程について説明する。
<吸水性樹脂>
本発明で用いられる吸水性樹脂の種類は特に限定されない。例えば、公知の吸水性樹脂を広く使用され得る。例えば、吸水性樹脂は、澱粉−アクリロニトリルグラフト共重合体の加水分解物、澱粉−アクリル酸グラフト重合体の中和物、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物、アクリル酸重合体部分中和塩架橋物等が挙げられる。これらのなかでは、生産量及び製造コスト等の観点から、アクリル酸重合体部分中和塩架橋物が好ましい。
1. Method for Producing Water-Absorbing Agent The method for producing a water-absorbing agent of the present invention comprises the steps of freeze-drying a water-absorbent resin swollen with an aqueous solvent containing alcohol and water (hereinafter sometimes abbreviated as "lyophilization step") Including.
Hereinafter, the freeze-drying step will be described after the water-absorbent resin used in the present invention is described.
Water-absorbent resin
The type of water-absorbent resin used in the present invention is not particularly limited. For example, known water absorbent resins can be widely used. For example, the water-absorbent resin may be a hydrolyzate of a starch-acrylonitrile graft copolymer, a neutralized product of a starch-acrylic acid graft polymer, a saponified vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer, and an acrylic acid polymer portion. Japanese salt cross-linked products etc. may be mentioned. Among these, partially cross-linked acrylic acid polymer neutralized salt is preferable from the viewpoint of production amount and production cost.
吸水性樹脂の形状は特に限定されず、例えば、球状、粉砕状、顆粒状、楕円球状、鱗片状、棒状、塊状等の種々の形状であってもよい。
吸水性樹脂の中位粒子径も特に限定されず、公知の吸水性樹脂と同様の範囲とすることができる。例えば、中位粒子径は、100〜800μm、好ましくは200〜600μm、より好ましくは250〜550μm、特に好ましくは300〜500μmとすることができる。
The shape of the water-absorbent resin is not particularly limited, and may be, for example, various shapes such as spherical, crushed, granular, elliptical, scaly, rod-like, and massive.
The median particle diameter of the water-absorbent resin is also not particularly limited, and can be in the same range as a known water-absorbent resin. For example, the median particle diameter can be 100 to 800 μm, preferably 200 to 600 μm, more preferably 250 to 550 μm, and particularly preferably 300 to 500 μm.
本発明の製造方法では、例えば、市販の吸水性樹脂を使用することができる。あるいは、本発明の製造方法では、吸水性樹脂を別途、製造することもできる。つまり、本発明の製造方法は、凍結乾燥工程に先立って、吸水性樹脂を製造する工程を具備することもできる。 In the production method of the present invention, for example, a commercially available water absorbent resin can be used. Alternatively, in the production method of the present invention, the water absorbent resin can be separately produced. That is, the production method of the present invention can also include the step of producing a water absorbent resin prior to the lyophilization step.
吸水性樹脂の製造方法としては例えば、逆相懸濁重合法、水溶液重合法等を挙げることができる。中でも製造工程の簡便さ及び優れた吸水性能等を有する吸水性樹脂を得やすい点で、逆相懸濁重合法が好ましい。逆相懸濁重合とは、分散媒中、分散安定剤の存在下、前記分散媒に難溶性の重合性単量体を懸濁させて重合させる方法である。 Examples of the method for producing the water absorbent resin include reverse phase suspension polymerization and aqueous solution polymerization. Among them, the reverse phase suspension polymerization method is preferable in that it is easy to obtain a water absorbent resin having the simplicity of the production process, the excellent water absorption performance and the like. The reverse phase suspension polymerization is a method of suspending and polymerizing a poorly soluble polymerizable monomer in the dispersion medium in the presence of a dispersion stabilizer in a dispersion medium.
重合反応は、分散媒中で行うことができる。分散媒は、炭化水素分散媒を用いることができる。炭化水素分散媒は、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、リグロイン等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素;並びに、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等を挙げることができる。これらの分散媒のなかでも、工業的に入手が容易であり、品質が安定しており、さらに安価であるため、n−ヘキサン、n−ヘプタン、及びシクロヘキサンが好適に用いられる。これらの分散媒は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。分散媒として、例えば、混合溶剤として知られる、Exxsol Heptane(エクソンモービル社製:ヘプタン及び異性体の炭化水素)やNappar6(エクソンモービル社製:シクロヘキサン及び異性体の炭化水素)などが使用できる。 The polymerization reaction can be carried out in a dispersion medium. As the dispersion medium, a hydrocarbon dispersion medium can be used. The hydrocarbon dispersion medium includes aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, n-heptane, n-octane and ligroin; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane and methylcyclohexane; and benzene and toluene And aromatic hydrocarbons such as xylene. Among these dispersion media, n-hexane, n-heptane, and cyclohexane are preferably used because they are industrially easily available, stable in quality, and inexpensive. These dispersion media may be used alone or in combination of two or more. As the dispersion medium, for example, Exxsol Heptane (manufactured by Exxon Mobil: heptane and isomeric hydrocarbons) and Nappar 6 (manufactured by Exxon Mobil: cyclohexane and isomeric hydrocarbons) which are known as mixed solvents can be used.
重合性単量体としては、例えば、水溶性エチレン性不飽和単量体が用いられる。水溶性エチレン性不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸及びその塩、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸及びその塩、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の非イオン性単量体;並びに、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジエ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又はその4級化物等を挙げることができる。水溶性エチレン性不飽和単量体は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。水溶性エチレン性不飽和単量体は、アクリル酸、メタクリル酸、及びそれらの塩、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミドが好ましく用いられる。
なお、本明細書では「(メタ)アクリル」とは「アクリルもしくはメタクリル」を意味する。つまり、例えば、「(メタ)アクリル酸」との記載は「アクリル酸もしくはメタクリル酸」との記載と同義である。
As the polymerizable monomer, for example, a water-soluble ethylenically unsaturated monomer is used. Examples of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer include (meth) acrylic acid and a salt thereof, 2- (meth) acrylamide-2-methylpropane sulfonic acid and a salt thereof, (meth) acrylamide, N, N-dimethyl Nonionic monomers such as (meth) acrylamide, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, N-methylol (meth) acrylamide, polyethylene glycol mono (meth) acrylate; and N, N-diethylaminoethyl (meth) acrylate And amino group-containing unsaturated monomers such as N, N-diethylaminopropyl (meth) acrylate and diethylaminopropyl (meth) acrylamide, or quaternary compounds thereof. The water-soluble ethylenically unsaturated monomers may be used alone or in combination of two or more. As the water-soluble ethylenically unsaturated monomer, acrylic acid, methacrylic acid and salts thereof, acrylamide, methacrylamide and N, N-dimethyl acrylamide are preferably used.
In the present specification, "(meth) acrylic" means "acrylic or methacrylic". That is, for example, the description of "(meth) acrylic acid" is the same as the description of "acrylic acid or methacrylic acid".
水溶性エチレン性不飽和単量体として、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等の酸基を有する単量体を用いる場合、その酸基を予めアルカリ性中和剤によって中和してもよい。このようなアルカリ性中和剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属化合物、およびアンモニア等が挙げられ、水溶液の状態にして用いてもよい。中和度も特に限定されず、例えば、公知の逆相懸濁重合と同様とすることができる。
使用する水溶性エチレン性不飽和単量体は、水溶液とすることもできる。この水溶液の濃度は、特に限定はされないが、通常20質量%以上飽和濃度以下とすればよく、25〜70質量%が好ましく、30〜55質量%がより好ましい。
When a monomer having an acid group such as (meth) acrylic acid or 2- (meth) acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid is used as the water-soluble ethylenic unsaturated monomer, the acid group is previously made alkaline You may neutralize by a Japanese agent. Examples of such an alkaline neutralizer include alkali metal compounds such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and ammonia, and may be used in the form of an aqueous solution. The degree of neutralization is also not particularly limited, and can be, for example, similar to known reverse phase suspension polymerization.
The water-soluble ethylenically unsaturated monomer to be used can also be an aqueous solution. The concentration of the aqueous solution is not particularly limited, but may be usually 20% by mass or more and saturating concentration or less, preferably 25 to 70% by mass, and more preferably 30 to 55% by mass.
重合反応では必要に応じて増粘剤も使用することができる。増粘剤としては、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸(部分)中和物、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、デキストリン、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド等を用いることができる。 Thickeners can also be used in the polymerization reaction, if necessary. As a thickener, for example, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, polyacrylic acid (partially) neutralized product, polyethylene glycol, polyacrylamide, polyethylene imine, dextrin, sodium alginate, polyvinyl alcohol , Polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide and the like can be used.
重合反応で使用する分散安定剤としては、例えば、界面活性剤を用いることができる。界面活性剤としては、例えば、ショ糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピルアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、アルキルグルコシド、N−アルキルグルコンアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルのリン酸エステル等を用いることができる。なかでも、単量体の分散安定性の面から、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等が好ましい。これらの界面活性剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 As a dispersion stabilizer used in the polymerization reaction, for example, a surfactant can be used. As the surfactant, for example, sucrose fatty acid ester, polyglycerin fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene Alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene castor oil, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, alkyl allyl formaldehyde condensed polyoxyethylene ether, polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymer, polyoxyethylene polyoxypropyl alkyl ether, Polyethylene glycol fatty acid ester, alkyl glucoside, N-alkyl gluconamide Polyoxyethylene fatty acid amides, polyoxyethylene alkyl amines, phosphoric esters of polyoxyethylene alkyl ethers, can be used phosphoric acid ester of polyoxyethylene alkyl aryl ether. Among them, sorbitan fatty acid ester, polyglycerin fatty acid ester, sucrose fatty acid ester and the like are preferable from the viewpoint of dispersion stability of the monomer. These surfactants may be used alone or in combination of two or more.
界面活性剤の使用量は、炭化水素分散媒中における、単量体の分散状態を良好に保ち、かつ使用量に見合う分散効果を得るため、重合反応で使用する水溶性エチレン性不飽和単量体100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部、より好ましくは0.3〜20質量部とされる。 The amount of surfactant used is a water soluble ethylenically unsaturated single amount used in the polymerization reaction in order to maintain the dispersion state of the monomer well in the hydrocarbon dispersion medium and to obtain the dispersion effect corresponding to the amount used. Preferably it is 0.1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of bodies, More preferably, it is 0.3-20 mass parts.
また分散安定剤として、界面活性剤とともに高分子系分散剤を併用してもよい。使用できる高分子系分散剤としては、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸変性EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマー)、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・ブタジエン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、酸化型エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。なかでも、単量体の分散安定性の面から、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン共重合体、無水マレイン酸・プロピレン共重合体、無水マレイン酸・エチレン・プロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、酸化型エチレン・プロピレン共重合体等が好ましい。これらの高分子系分散剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Further, as a dispersion stabilizer, a polymeric dispersant may be used in combination with the surfactant. Examples of polymer dispersants that can be used include maleic anhydride modified polyethylene, maleic anhydride modified polypropylene, maleic anhydride modified ethylene / propylene copolymer, maleic anhydride modified EPDM (ethylene propylene diene terpolymer), anhydride Maleic acid-modified polybutadiene, maleic anhydride / ethylene copolymer, maleic anhydride / propylene copolymer, maleic anhydride / ethylene / propylene copolymer, maleic anhydride / butadiene copolymer, polyethylene, polypropylene, ethylene / propylene Copolymers, oxidized polyethylene, oxidized polypropylene, oxidized ethylene / propylene copolymer, ethylene / acrylic acid copolymer, ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose and the like can be mentioned. Among them, maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polypropylene, maleic anhydride-modified ethylene-propylene copolymer, maleic anhydride-ethylene copolymer, maleic anhydride Preferred are propylene copolymer, maleic anhydride / ethylene / propylene copolymer, polyethylene, polypropylene, ethylene / propylene copolymer, oxidized polyethylene, oxidized polypropylene, oxidized ethylene / propylene copolymer and the like. These polymeric dispersants may be used alone or in combination of two or more.
高分子系分散剤の使用量は、炭化水素分散媒中における、単量体の分散状態を良好に保ち、かつ使用量に見合う分散効果を得るため、重合反応で使用する水溶性エチレン性不飽和単量体100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部、より好ましくは0.3〜20質量部とされる。 The amount of the polymeric dispersant used is a water-soluble ethylenic unsaturation to be used in the polymerization reaction in order to maintain the dispersed state of the monomer well in the hydrocarbon dispersion medium and to obtain the dispersion effect corresponding to the amount used. Preferably it is 0.1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of monomers, More preferably, it is 0.3-20 mass parts.
重合反応では、例えば、公知の重合開始剤を広く使用することができる。ラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類;メチルエチルケトンパーオキシド、メチルイソブチルケトンパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド、t−ブチルクミルパーオキシド、過酸化水素等の過酸化物類;並びに、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)2塩酸塩、2,2’−アゾビス〔2−(N−フェニルアミジノ)プロパン〕2塩酸塩、2,2’−アゾビス〔2−(N−アリルアミジノ)プロパン〕2塩酸塩、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等のアゾ化合物等を挙げることができる。 In the polymerization reaction, for example, known polymerization initiators can be widely used. As a radical polymerization initiator, for example, persulfates such as potassium persulfate, ammonium persulfate and sodium persulfate; methyl ethyl ketone peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide, di-t-butyl peroxide, t-butylcumyl peroxide, Peroxides such as hydrogen peroxide; and 2,2'-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (N-phenylamidino) propane] dihydrochloride, Examples include azo compounds such as 2,2'-azobis [2- (N-allylamidino) propane] dihydrochloride, 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid) and the like.
ラジカル重合開始剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、過硫酸カリウム等の過硫酸塩類と、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のアゾ化合物を併用することができる。
ラジカル重合開始剤は、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、硫酸第一鉄、L−アスコルビン酸等の還元剤と併用して、レドックス重合開始剤とすることもできる。
重合反応で使用するラジカル重合開始剤の使用量は、例えば、使用する水溶性エチレン性不飽和単量体の総量に対して0.005〜1モル%とすることができる。この場合、急激な重合反応が起こりにくく、また、反応時間も必要以上に長くなりにくい。
The radical polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more. For example, persulfates such as potassium persulfate and azo compounds such as 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride can be used in combination.
The radical polymerization initiator can be used as a redox polymerization initiator in combination with a reducing agent such as sodium sulfite, sodium bisulfite, ferrous sulfate, L-ascorbic acid and the like.
The amount of the radical polymerization initiator used in the polymerization reaction can be, for example, 0.005 to 1 mol% with respect to the total amount of water-soluble ethylenically unsaturated monomers used. In this case, a rapid polymerization reaction is unlikely to occur, and the reaction time is also unlikely to be longer than necessary.
重合反応では、必要に応じて連鎖移動剤も使用できる。連鎖移動剤としては、次亜リン酸塩類、チオール類、チオール酸類、第2級アルコール類、アミン類等が例示される。
重合反応では、必要に応じて架橋剤を使用することができる。
In the polymerization reaction, a chain transfer agent can also be used if necessary. As a chain transfer agent, hypophosphites, thiols, thiol acids, secondary alcohols, amines etc. are illustrated.
In the polymerization reaction, a crosslinking agent can be used as needed.
重合反応で用いられる架橋剤としては、重合性不飽和基を2個以上有する化合物が挙げられる。架橋剤の具体例として、ポリオールのジ又はトリ(メタ)アクリル酸エステル;ポリオールとマレイン酸、フマール酸等の不飽和酸類とを反応させて得られる不飽和ポリエステル;N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド等のビスアクリルアミド;ポリエポキシドと(メタ)アクリル酸とを反応させて得られるジ又はトリ(メタ)アクリル酸エステル;トリレンジイソシアネートやヘキサメチレンジイソシアネート等のポリイソシアネートと(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルとを反応させて得られるジ(メタ)アクリル酸カルバミルエステル;その他、アリル化澱粉、アリル化セルロース、ジアリルフタレート、N,N’,N”−トリアリルイソシアヌレート、並びに、ジビニルベンゼン等が挙げられる。ポリオールのジ又はトリ(メタ)アクリル酸エステルにおけるポリオールとしては、(ポリ)エチレングリコール[本明細書において、例えば、「ポリエチレングリコール」と「エチレングリコール」を合わせて「(ポリ)エチレングリコール」と表記する]、(ポリ)プロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリンポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、(ポリ)グリセリン等が例示される。 As a crosslinking agent used by a polymerization reaction, the compound which has 2 or more of polymerizable unsaturated groups is mentioned. Specific examples of the crosslinking agent include di- or tri (meth) acrylic acid esters of polyols; unsaturated polyesters obtained by reacting polyols with unsaturated acids such as maleic acid and fumaric acid; N, N'-methylenebis (meth ) Bisacrylamides such as acrylamide; Di or tri (meth) acrylic esters obtained by reacting polyepoxide with (meth) acrylic acid; Polyisocyanates such as tolylene diisocyanate or hexamethylene diisocyanate and hydroxyethyl (meth) acrylate And di (meth) acrylic acid carbamyl ester obtained by Polyol di or di Examples of the polyol in (meth) acrylic acid ester include (poly) ethylene glycol [in this specification, for example, “polyethylene glycol” and “ethylene glycol” are combined and denoted as “(poly) ethylene glycol”], (poly And the like) propylene glycol, trimethylolpropane, glycerine polyoxyethylene glycol, polyoxypropylene glycol, (poly) glycerin and the like.
また、架橋剤として、前記重合性不飽和基を2個以上有する化合物の他、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテル等のグリシジル基含有化合物、(ポリ)エチレングリコール、(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)グリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレート等も例示される。 Moreover, as a crosslinking agent, glycidyl groups such as (poly) ethylene glycol diglycidyl ether, (poly) propylene glycol diglycidyl ether, and (poly) glycerin diglycidyl ether, in addition to the compound having two or more of the above-mentioned polymerizable unsaturated groups Also included are compounds containing, (poly) ethylene glycol, (poly) propylene glycol, (poly) glycerin, pentaerythritol, ethylenediamine, polyethyleneimine, glycidyl (meth) acrylate and the like.
架橋剤の使用量は、使用する水溶性エチレン性不飽和単量体の総量に対して1モル%以下とすることができ、好ましくは0.5モル%以下であり、より好ましくは0.001〜0.25モル%である。架橋剤の使用量がこの範囲であれば、得られる吸水性樹脂の吸水性能が高まりやすい。 The amount of the crosslinking agent used can be 1 mol% or less, preferably 0.5 mol% or less, and more preferably 0.001 mol% or less based on the total amount of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer used. It is -0.25 mol%. If the amount of the crosslinking agent used is in this range, the water absorption performance of the resulting water absorbent resin is likely to be enhanced.
重合反応の温度は、ラジカル重合開始剤の種類及び使用量等に応じて適宜設定することができ、例えば、20〜110℃とすればよく、好ましくは40〜90℃とすることができる。反応時間は、例えば、0.1時間以上4時間以下で設定できる。 The temperature of the polymerization reaction can be appropriately set according to the type and amount of use of the radical polymerization initiator, and may be, for example, 20 to 110 ° C., and preferably 40 to 90 ° C. The reaction time can be set, for example, in the range of 0.1 hours to 4 hours.
例えば、高分子分散安定剤が溶解した分散媒中に、必要に応じて中和処理した水溶性エチレン性不飽和単量体、増粘剤、ラジカル重合開始剤及び架橋剤が添加された水を加え、次いで、界面活性剤を加えることで重合反応を行うことができる。なお、各原料の添加する順序はこれに限定されない。 For example, water in which a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, a thickener, a radical polymerization initiator, and a crosslinking agent, which are optionally neutralized, is added to a dispersion medium in which a polymer dispersion stabilizer is dissolved. The polymerization reaction can be carried out by adding and then adding a surfactant. In addition, the order which adds each raw material is not limited to this.
水溶性エチレン性不飽和単量体が重合して重合体が1次粒子として生成する。この工程では、例えば、水溶性エチレン性不飽和単量体の重合体が分散したスラリーが得られる。
逆相懸濁重合は、1段で行ってもよく、或いは、2段以上の多段で行っても良い。その段数は生産性を高める観点から、2〜3段であることが好ましい。
The water soluble ethylenically unsaturated monomer is polymerized to form a polymer as primary particles. In this step, for example, a slurry in which a polymer of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer is dispersed is obtained.
The reverse phase suspension polymerization may be performed in one stage, or may be performed in two or more stages. The number of stages is preferably two to three from the viewpoint of enhancing the productivity.
2段以上の逆相懸濁重合を行う場合には、上記した方法で1段目の逆相懸濁重合を行った後、1段目の重合反応で得られた反応混合物に水溶性エチレン性不飽和単量体を添加して混合し、1段目と同様の方法で2段目以降の逆相懸濁重合を行うことができる。
2段目以降の各段における逆相懸濁重合では、水溶性エチレン性不飽和単量体の他に、ラジカル重合開始剤と、必要に応じて添加する架橋剤を、2段目以降の各段における逆相懸濁重合の際に添加する水溶性エチレン性不飽和単量体の量を基準として、前述した水溶性エチレン性不飽和単量体に対する各成分のモル比の範囲内で添加して、上記した方法と同様の条件で逆相懸濁重合を行えばよい。
When performing two or more stages of reverse phase suspension polymerization, after performing the first stage reverse phase suspension polymerization by the method described above, water-soluble ethylenicity is obtained in the reaction mixture obtained by the first stage polymerization reaction. Unsaturated monomers can be added and mixed, and reverse phase suspension polymerization in the second and subsequent stages can be performed in the same manner as in the first stage.
In the reverse phase suspension polymerization in each of the second and subsequent stages, in addition to the water-soluble ethylenic unsaturated monomer, a radical polymerization initiator and a crosslinking agent to be added as needed are each of the second and subsequent stages. Based on the amount of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer added in the reverse phase suspension polymerization in the stage, added within the range of the molar ratio of each component to the water-soluble ethylenically unsaturated monomer described above The reverse phase suspension polymerization may be performed under the same conditions as those described above.
上記重合反応により吸水性樹脂を得ることができる。 A water absorbing resin can be obtained by the above polymerization reaction.
重合反応の後、架橋剤を用いて吸水性樹脂を、いわゆる後架橋する工程(後架橋工程)を備えることもできる。なお、後架橋するための架橋剤を「後架橋剤」と称する。吸水性樹脂が、後架橋剤によって後架橋されることで、吸水性樹脂の表面近傍がさらに架橋されて、内部よりも表面近傍の架橋密度が高くなる。これにより、吸水性樹脂の強度及び吸水性能が特に高くなり得る。 After the polymerization reaction, a step of post-crosslinking the water-absorbent resin using a crosslinking agent (post-crosslinking step) can also be provided. In addition, the crosslinking agent for post-crosslinking is called "post-crosslinking agent". By post-crosslinking the water-absorbent resin with the post-crosslinking agent, the vicinity of the surface of the water-absorbent resin is further crosslinked, and the crosslink density in the vicinity of the surface becomes higher than the inside. Thereby, the strength and the water absorption performance of the water absorbent resin can be particularly enhanced.
後架橋剤は、例えば、重合反応の終了後、水溶性エチレン性不飽和単量体の重合体が分散した反応液に添加することができる。後架橋剤の添加時期は特に限定されず、例えば、公知の逆相懸濁重合法と同様の条件とすることができる。 The post-crosslinking agent can be added, for example, to the reaction solution in which the polymer of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer is dispersed after the completion of the polymerization reaction. The addition time of the post-crosslinking agent is not particularly limited, and may be, for example, the same conditions as known reverse phase suspension polymerization methods.
後架橋剤は、反応性官能基を2個以上有する化合物を使用することができる。後架橋剤の具体例としては、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセロール(ポリ)グリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテル等のジグリシジル基含有化合物、(ポリ)エチレングリコール、(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)グリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン等が挙げられる。これらの中でも、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、及び(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテルが特に好ましい。後架橋剤は、単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。 As post-crosslinking agents, compounds having two or more reactive functional groups can be used. Specific examples of the post-crosslinking agent include diglycidyl group-containing compounds such as (poly) ethylene glycol diglycidyl ether, (poly) glycerol (poly) glycidyl ether, (poly) propylene glycol diglycidyl ether, and (poly) glycerin diglycidyl ether. And (poly) ethylene glycol, (poly) propylene glycol, (poly) glycerin, pentaerythritol, ethylene diamine, polyethylene imine and the like. Among these, (poly) ethylene glycol diglycidyl ether, (poly) propylene glycol diglycidyl ether, and (poly) glycerin diglycidyl ether are particularly preferable. The post-crosslinking agents may be used alone or in combination of two or more.
後架橋剤の使用量は、その種類により異なるので一概には決定することができないが、通常、重合反応に使用した水溶性エチレン性不飽和単量体の総量1モルに対して、0.00001〜0.01モル、好ましくは0.00005〜0.005モル、さらに好ましくは、0.0001〜0.002モルである。吸水性樹脂の表面架橋密度を十分に高め、吸水性樹脂のゲル強度を高める観点から、後架橋剤の使用量は0.00001モル以上が好ましく、吸水性樹脂の保水能を高くする観点から0.01モル以下が好ましい。 The amount of post-crosslinking agent used can not be determined indiscriminately because it varies depending on the type thereof, but generally it is 0.00001 relative to 1 mol of the total of water-soluble ethylenically unsaturated monomers used in the polymerization reaction. It is -0.01 mol, preferably 0.00005-0.005 mol, more preferably 0.0001-0.002 mol. From the viewpoint of sufficiently increasing the surface crosslink density of the water-absorbent resin and increasing the gel strength of the water-absorbent resin, the amount of post-crosslinking agent used is preferably 0.00001 mol or more, and from the viewpoint of increasing the water retention capacity of the water-absorbent resin 0 .01 mol or less is preferable.
後架橋剤の添加時期は、重合終了後である。後架橋剤は、重合体が、重合体を構成する水溶性エチレン性不飽和単量体100質量部に対し1〜400質量部の範囲の水分を含んだ状態で添加することが好ましく、5〜200質量部の範囲の水分を含んだ状態で添加することがより好ましく、10〜100質量部の範囲の水分を含んだ状態で添加するのが特に好ましい。なお、水分の量は、重合反応系に含まれる水分と後架橋剤を添加する際に必要に応じて用いられる水分との合計量である。 The addition time of the post-crosslinking agent is after the completion of the polymerization. The post-crosslinking agent is preferably added in a state in which the polymer contains water in the range of 1 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer constituting the polymer, It is more preferable to add the water in the range of 200 parts by mass, and it is particularly preferable to add the water in the range of 10 to 100 parts by mass. The amount of water is the total amount of the water contained in the polymerization reaction system and the water used as needed when adding the post-crosslinking agent.
後架橋反応の反応温度は、例えば、50〜250℃とすることができ、60〜180℃であることが好ましく、60〜140℃であることがより好ましく、70〜120℃であることが特に好ましい。反応時間は、反応温度、後架橋剤の種類及び使用量等によって異なるので一概には決定することができないが、通常、1〜300分間、好ましくは5〜200分間である。 The reaction temperature of the post-crosslinking reaction can be, for example, 50 to 250 ° C., preferably 60 to 180 ° C., more preferably 60 to 140 ° C., particularly preferably 70 to 120 ° C. preferable. The reaction time can not be generally determined because it varies depending on the reaction temperature, the type and amount of the post-crosslinking agent, etc., but it is usually 1 to 300 minutes, preferably 5 to 200 minutes.
上記重合反応の後、又は、上記後架橋反応の後において、得られた吸水性樹脂を乾燥させる乾燥工程を実施してもよい。乾燥工程では、反応系に熱等のエネルギーを外部から加えることにより、反応系から水、炭化水素分散媒等を蒸留により除去する。乾燥工程は常圧下でも減圧下で行ってもよく、乾燥効率を高めるため、窒素等の気流下で行ってもよい。乾燥工程が常圧の場合、乾燥温度は70〜250℃が好ましく、80〜180℃がより好ましく、80〜140℃が更に好ましく、90〜130℃が特に好ましい。減圧下の場合においては、乾燥温度は40〜160℃が好ましく、50〜120℃がより好ましい。なお、前述の後架橋工程と乾燥工程は同時に実施することもできる。
乾燥して得られた吸水性樹脂は、適宜、篩等を使用した分級処理により、粒度調節を行うこともできる。
After the polymerization reaction or after the post-crosslinking reaction, a drying step may be performed to dry the obtained water-absorbent resin. In the drying step, energy such as heat is externally applied to the reaction system to remove water, a hydrocarbon dispersion medium and the like from the reaction system by distillation. The drying step may be performed under normal pressure or under reduced pressure, or may be performed under a stream of nitrogen or the like to enhance the drying efficiency. When a drying process is a normal pressure, 70-250 degreeC is preferable, 80-180 degreeC is more preferable, 80-140 degreeC is still more preferable, and 90-130 degreeC is especially preferable. In the case of under reduced pressure, the drying temperature is preferably 40 to 160 ° C, and more preferably 50 to 120 ° C. In addition, the above-mentioned post-crosslinking step and the drying step can be carried out simultaneously.
The water absorbing resin obtained by drying can also be subjected to particle size adjustment by classification treatment using a sieve or the like as appropriate.
なお、重合反応以降、吸水性樹脂に諸性能を付与するために、目的に応じた各種添加剤を配合してもよい。このような添加剤としては、無機粉末、界面活性剤、酸化剤、還元剤、金属キレート剤、ラジカル連鎖禁止剤、酸化防止剤、抗菌剤、消臭剤等が挙げられる。例えば、吸水性樹脂100質量部に対し、無機粉末として0.05〜5質量部の非晶質シリカを添加することで、吸水性樹脂の流動性を向上させることができる。 In addition, after the polymerization reaction, in order to impart various properties to the water-absorbent resin, various additives according to the purpose may be blended. Examples of such additives include inorganic powders, surfactants, oxidizing agents, reducing agents, metal chelating agents, radical chain inhibitors, antioxidants, antibacterial agents, deodorants and the like. For example, by adding 0.05 to 5 parts by mass of amorphous silica as an inorganic powder to 100 parts by mass of the water absorbent resin, the flowability of the water absorbent resin can be improved.
<凍結乾燥工程>
上述した吸水性樹脂をアルコール及び水を含有する水性溶媒で凍結乾燥することにより吸水剤を製造することができる。このようにして得られた吸水剤は、優れた吸水性能を有し、且つ、吸水後の分解も速い(即ち、自己分解特性に優れる)。
<Lyophilization process>
A water absorbing agent can be produced by lyophilizing the above-described water absorbent resin with an aqueous solvent containing alcohol and water. The water-absorbing agent thus obtained has excellent water-absorbing performance, and also has a rapid decomposition after water absorption (that is, excellent self-degrading properties).
(水性溶媒)
凍結乾燥工程で使用される水性溶媒は、アルコール及び水を必須の成分として含有する。水性溶媒に含まれる水の割合は好ましくは60質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%以上である。水性溶媒は、界面活性剤などの添加剤や水以外の溶媒を含んでいてもよいが、実質的にアルコール及び水のみを含有することが好ましい。「実質的にアルコール及び水のみを含有する」とは、水性溶媒がアルコール及び水のみからなる場合だけでなく、水性溶媒が微量に添加剤及び/又は水以外の溶媒を含有する場合を含んでおり、具体的には、添加剤及び/又は水以外の溶媒を、0を超え1質量%以下含有する場合を含み、好ましくは添加剤及び/又は水以外の溶媒を、0を超え0.5質量%以下含有する場合を含む。
(Aqueous solvent)
The aqueous solvent used in the lyophilization process contains alcohol and water as essential components. The proportion of water contained in the aqueous solvent is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more. The aqueous solvent may contain an additive such as a surfactant or a solvent other than water, but preferably contains substantially only alcohol and water. The phrase "contains essentially only alcohol and water" includes not only cases where the aqueous solvent consists only of alcohol and water, but also cases where the aqueous solvent contains a trace amount of additives and / or solvents other than water. Specifically, it includes the case where the additive and / or the solvent other than water is more than 0 and 1% by mass or less, preferably the additive and / or the solvent other than water is more than 0 and 0.5 Including the case of containing at most mass%.
水性溶媒におけるアルコール含有量の下限値は、好ましくは1質量%であり、より好ましくは3質量%であり、さらに好ましくは5質量%である。また、その上限値は、好ましくは25質量%であり、より好ましくは20質量%であり、さらに好ましくは18質量%である。
このような水性溶媒を凍結乾燥工程で用いて得られる吸水剤は、吸水性能及び自己分解特性に優れる。
The lower limit value of the alcohol content in the aqueous solvent is preferably 1% by mass, more preferably 3% by mass, and still more preferably 5% by mass. The upper limit thereof is preferably 25% by mass, more preferably 20% by mass, and still more preferably 18% by mass.
The water-absorbing agent obtained by using such an aqueous solvent in the lyophilization step is excellent in water absorption performance and autolysis characteristics.
本発明で用いられるアルコールは、吸水剤に自己分解特性を付与できるものであれば、従来公知のアルコールを用いることができる。
この点、本発明の製造方法で得られる吸水剤が自己分解特性に優れる理由は明白ではないが、本発明者らは以下のように推測している。
As the alcohol used in the present invention, conventionally known alcohols can be used as long as they can impart autolysis characteristics to the water absorbing agent.
In this respect, the reason why the water-absorbing agent obtained by the production method of the present invention is excellent in the self-decomposition properties is not clear, but the present inventors speculate as follows.
吸水性樹脂をアルコール及び水を含有する水性溶媒で膨潤させた後、これを凍結乾燥させることにより、微小な孔を複数有する多孔質構造の吸水剤が得られ、この多孔質構造に起因して吸水剤が吸水後に分解し易くなると考えられる。特に、水性溶媒に含まれるアルコールは、吸水性樹脂を凍結させた際、その内部で大きな氷晶が形成されるのを阻害すると考えられる。そのため、本発明では、水だけを用いて吸水性樹脂を凍結乾燥した場合に比べ、より微小な孔を有する多孔質構造の吸水剤が得られると考えられ、その結果、本発明の製造方法で得られる吸水剤は、自己分解特性に優れると推測される。 The water-absorbent resin is swollen with an aqueous solvent containing alcohol and water, and then it is freeze-dried to obtain a water-absorbent agent having a porous structure having a plurality of micropores, which results from this porous structure. It is considered that the water absorbing agent is easily decomposed after absorbing water. In particular, the alcohol contained in the aqueous solvent is considered to inhibit the formation of large ice crystals inside the water-absorbent resin when it is frozen. Therefore, in the present invention, it is considered that a water absorbing agent having a porous structure having smaller pores can be obtained as compared with the case where the water absorbent resin is freeze-dried using only water, and as a result, in the production method of the present invention The water-absorbing agent obtained is presumed to be excellent in the autolysis properties.
本発明で用いられるアルコールは、炭素数が6以上の高級アルコールであってもよく、炭素数が5以下の低級アルコールであってもよい。また、アルコールは、水酸基を2つ以上有する多価アルコールであってもよく、水酸基を1つ有する1価のアルコールでもよい。
これらのなかでも、(1)水への溶解度が高い(2)蒸気圧が高い、という2つの条件のうち一方の条件を満たすアルコールを用いることが好ましく、2つの条件を全て満たすアルコールを用いることがより好ましい。水への溶解度が高いアルコールは、吸水性樹脂内で大きな氷晶の形成を阻害し易く、蒸気圧の高いアルコールは、吸水性樹脂を凍結乾燥させる際に昇華し易い。そのため、(1)及び/又は(2)の条件を満たすアルコールを用いることでより微小な孔を有する多孔質構造の吸水剤が得られると考えられる。
The alcohol used in the present invention may be a higher alcohol having 6 or more carbon atoms, or a lower alcohol having 5 or less carbon atoms. The alcohol may be a polyhydric alcohol having two or more hydroxyl groups, or a monohydric alcohol having one hydroxyl group.
Among these, it is preferable to use an alcohol that satisfies one of the two conditions of (1) high solubility in water (2) high vapor pressure, and use an alcohol that satisfies all the two conditions. Is more preferred. Alcohols with high water solubility tend to inhibit the formation of large ice crystals in the water-absorbent resin, and alcohols with high vapor pressure tend to sublime when the water-absorbent resin is freeze-dried. Therefore, it is considered that a water absorbing agent having a porous structure having more minute pores can be obtained by using an alcohol satisfying the conditions (1) and / or (2).
上記(1)の観点から、アルコールは、炭素数が5以下の低級アルコールであることが好ましい。炭素数が5以下の低級アルコールは、疎水成分が少なくなるため、水への溶解度が高い。また、アルコールの価数が小さくなるほど(水酸基が少ないほど)、沸点が降下する(蒸気圧が高くなる)。同様に、アルコールの級数が大きくなるほど、立体障害により水素結合が劣勢に働くため、沸点が降下する。そのため、上記(2)の観点から、アルコールは、1価のアルコールであることが好ましく、1価のアルコールのなかでも、特に、第3級又は第2級アルコールが好ましく、第3級アルコールがさらに好ましい。 From the viewpoint of the above (1), the alcohol is preferably a lower alcohol having 5 or less carbon atoms. Lower alcohols having 5 or less carbon atoms have high solubility in water because the amount of hydrophobic components is reduced. In addition, the lower the valence of alcohol (the smaller the number of hydroxyl groups), the lower the boiling point (the higher the vapor pressure). Similarly, the higher the alcohol series, the lower the boiling point because the steric hindrance causes the hydrogen bond to be more prejudicial. Therefore, from the viewpoint of the above (2), the alcohol is preferably a monohydric alcohol, and among monohydric alcohols, in particular, tertiary or secondary alcohols are preferable, and tertiary alcohols are more preferable. preferable.
これらの条件を総合的に考慮すると、アルコールは、メタノール、エタノール、n−プロパノール、プロパン−2−オール、2−ブタノール、tert−ブチルアルコール、n−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール等の炭素数5以下の1価アルコールであることが好ましく、プロパン−2−オール、ブタン−2−オール、tert−ブチルアルコール、2−ペンタノールなどの炭素数5以下の第2級又は第3級アルコールであることがより好ましく、tert−ブチルアルコール、2−メチル−2−ブタノール等の炭素数5以下の第3級アルコールが特に好ましい。 Considering these conditions comprehensively, alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, propan-2-ol, 2-butanol, tert-butyl alcohol, n-butanol, n-pentanol, isopentanol, etc. A monohydric alcohol having 5 or less carbon atoms is preferable, and a secondary or tertiary alcohol having 5 or less carbon atoms such as propan-2-ol, butan-2-ol, tert-butyl alcohol, 2-pentanol and the like. It is more preferable that it is a tertiary alcohol having 5 or less carbon atoms such as tert-butyl alcohol and 2-methyl-2-butanol.
特に、tert−ブチルアルコールが特に好ましく用いられる。tert−ブチルアルコールを用いることにより、優れた吸水性能と優れた自己分解特性を兼備する吸水剤を得ることができる。 In particular, tert-butyl alcohol is particularly preferably used. By using tert-butyl alcohol, it is possible to obtain a water absorbing agent having both excellent water absorption performance and excellent self-decomposition characteristics.
アルコールは1種単独で使用してもよいし、異なる2種以上の混合物を使用してもよい。 The alcohol may be used singly or in combination of two or more different ones.
(膨潤方法)
吸水性樹脂に水性溶媒を吸水させる(即ち、吸水性樹脂を水性溶媒で膨潤させる)ことにより、水性溶媒によって体積が膨張した吸水性樹脂が得られる。吸水性樹脂を水性溶媒で膨潤させる方法は特に限定されず、例えば、公知の方法を広く採用することができる。
(Swelling method)
By absorbing the aqueous solvent in the water-absorbent resin (that is, swelling the water-absorbent resin with the aqueous solvent), a water-absorbent resin whose volume is expanded by the aqueous solvent can be obtained. The method for swelling the water-absorbent resin with an aqueous solvent is not particularly limited, and, for example, known methods can be widely adopted.
例えば、水性溶媒中と吸水性樹脂とを混合することで、吸水性樹脂を水性溶媒で膨潤させることができる。具体的には、水性溶媒中で吸水性樹脂を撹拌することで、吸水性樹脂を水性溶媒で膨潤させることができる。 For example, the water-absorbent resin can be swollen with the aqueous solvent by mixing the aqueous solvent and the water-absorbent resin. Specifically, the water absorbent resin can be swollen with the aqueous solvent by stirring the water absorbent resin in the aqueous solvent.
吸水性樹脂を水性溶媒に吸水させた際において、吸水性樹脂の膨潤倍率は、使用する水性溶媒の種類や吸水性樹脂の種類に合せて適宜設定することができる。例えば、膨潤倍率の下限値は、1.5倍であり、好ましくは2倍であり、より好ましくは3倍である。また、膨潤倍率の上限値は、例えば、1000倍であり、好ましくは100倍であり、より好ましくは10倍である。なお、膨潤倍率は、膨潤処理に使用する水性溶媒及び吸水性樹脂の全質量を、吸水性樹脂の使用質量で除することで算出することができる。 When the water absorbing resin is allowed to absorb water into the aqueous solvent, the swelling ratio of the water absorbing resin can be appropriately set in accordance with the type of aqueous solvent to be used and the type of water absorbing resin. For example, the lower limit value of the swelling ratio is 1.5 times, preferably 2 times, more preferably 3 times. The upper limit value of the swelling ratio is, for example, 1000 times, preferably 100 times, and more preferably 10 times. The swelling ratio can be calculated by dividing the total mass of the aqueous solvent and the water absorbent resin used for the swelling treatment by the used mass of the water absorbent resin.
(凍結乾燥)
凍結乾燥工程では、上述のようにアルコール及び水を含有する水性溶媒で膨潤した吸水性樹脂を凍結乾燥させる。「凍結乾燥」とは、水性溶媒で膨潤した吸水性樹脂を凍結し、この凍結した吸水性樹脂から実質的に全ての水性溶媒を昇華させることである。
膨潤した吸水性樹脂を凍結させる方法は、特に限定されず、膨潤した吸水性樹脂を所定時間、内部が低温雰囲気に維持された冷凍機内に静置して凍結させることが好ましい。
(freeze drying)
In the lyophilization step, as described above, the water-absorbent resin swollen with the aqueous solvent containing alcohol and water is lyophilized. "Lyophilization" is the freezing of a water-absorbent resin swollen with an aqueous solvent, and the sublimation of substantially all the aqueous solvent from the frozen water-absorbent resin.
The method for freezing the swollen water-absorbent resin is not particularly limited, and it is preferable to freeze the swollen water-absorbent resin in a refrigerator kept at a low temperature atmosphere for a predetermined time.
冷凍機内の温度は、使用する水性溶媒の凝固点よりも低温であればよく、例えば、その上限値は−10℃以下であり、好ましくは−20℃以下であり、より好ましくは−30℃以下である。また、その下限値は、例えば、−100℃であり、好ましくは−80℃である。 The temperature in the refrigerator may be lower than the freezing point of the aqueous solvent used, for example, the upper limit thereof is -10 ° C or less, preferably -20 ° C or less, more preferably -30 ° C or less is there. Moreover, the lower limit is -100 degreeC, for example, Preferably it is -80 degreeC.
凍結した吸水性樹脂を乾燥させる方法(凍結した水性溶媒を実質的に全て昇華させる方法)は特に限定されず、凍結した吸水性樹脂を、所定時間、内部が減圧雰囲気下に維持された乾燥機内に静置することが好ましい。 The method of drying the frozen water-absorbent resin (method of sublimating substantially all of the frozen aqueous solvent) is not particularly limited, and the frozen water-absorbent resin is kept in the dryer for a predetermined time under a reduced pressure atmosphere. It is preferable to leave still.
乾燥機内の気圧は、大気圧よりも低ければよく、その上限値は、例えば、100Paであることが好ましく、50Paであることがより好ましく、20Paであることがさらに好ましい。また、その下限値は、1Paであることが好ましく、5Paであることがより好ましい。
乾燥機内の温度は、水性溶媒の凝固点よりも高温であればよく、例えば−20℃〜10℃であり、好ましくは−10℃〜0℃である。なお、乾燥機内の温度は、一定であってもよいし、段階的に昇温させることも可能である。具体的には、最初に凍結した吸水性樹脂を一次乾燥させ、次いで、一次乾燥よりも高い温度で二次乾燥を行うことができる。
なお、冷凍機と乾燥機は別の装置であってもよいが、冷凍機能と乾燥機能とを兼ね備えた1つの装置を用いることもできる。このような装置としては、後記するドライチャンバーを例示できる。
The pressure inside the dryer may be lower than the atmospheric pressure, and the upper limit thereof is preferably, for example, 100 Pa, more preferably 50 Pa, and still more preferably 20 Pa. Further, the lower limit thereof is preferably 1 Pa, and more preferably 5 Pa.
The temperature in the dryer may be higher than the freezing point of the aqueous solvent, for example, -20 ° C to 10 ° C, preferably -10 ° C to 0 ° C. The temperature in the dryer may be constant or may be raised stepwise. Specifically, the initially frozen water-absorbent resin can be primarily dried, and then secondary drying can be performed at a higher temperature than primary drying.
In addition, although a refrigerator and a dryer may be another apparatus, one apparatus which has a freezing function and a drying function can also be used. As such an apparatus, the dry chamber mentioned later can be illustrated.
なお、本明細書において、「凍結乾燥(凍結させた吸水性樹脂から実質的に全ての水性溶媒を昇華させる)」とは、凍結させた吸水性樹脂に含まれる水性溶媒を完全に昇華させる場合だけでなく、僅かに水性溶媒が吸水剤に残留する場合を含んでおり、具体的には、乾燥済み吸水剤の全質量を基準として、水性溶媒が10質量%以下残留する場合を含み、好ましくは5質量%以下残留する場合を含み、より好ましくは1質量%以下残留する場合を含む。 In the present specification, “lyophilization (sublimate substantially all the aqueous solvent from the frozen water-absorbent resin)” means to completely sublime the aqueous solvent contained in the frozen water-absorbent resin. In addition, it includes cases where the aqueous solvent slightly remains in the water absorbing agent, and specifically includes cases where the aqueous solvent remains 10% by mass or less based on the total mass of the dried water absorbing agent, These include cases where 5% by weight or less remain, more preferably 1% by weight or less.
本発明の製造方法で得られる吸水剤の中位粒子径は、100〜2000μm、好ましくは200〜1500μm、より好ましくは250〜1200μm、特に好ましくは300〜1000μmとすることができる。 The median particle diameter of the water absorbing agent obtained by the production method of the present invention can be 100 to 2000 μm, preferably 200 to 1500 μm, more preferably 250 to 1200 μm, and particularly preferably 300 to 1000 μm.
本発明の製造方法で得られる吸水剤は、従来よりも微小な孔が形成された多孔質構造を有することから、優れた吸水性能を有しつつ、吸水後の吸水性樹脂の分解も速やかに進行し、自己分解特性に優れる。 The water-absorbing agent obtained by the production method of the present invention has a porous structure in which pores smaller than those of the prior art are formed, so that it has excellent water-absorbing performance while rapidly decomposing the water-absorbent resin after water absorption. It progresses and is excellent in the autolysis characteristic.
2.吸水剤
次に、本発明の吸水剤について説明する。本発明の吸水剤は、下記式(1)
ゲル劣化指数=B/A (1)
(ここで、Aは初期のゲル強度(Pa)、Bは3日後のゲル強度(Pa)である)
により表されるゲル劣化指数が0.75以下である。
2. Water Absorbent Next, the water absorbent of the present invention will be described. The water absorbing agent of the present invention has the following formula (1)
Gel degradation index = B / A (1)
(Here, A is the initial gel strength (Pa), B is the gel strength after 3 days (Pa))
The gel degradation index represented by is less than 0.75.
吸水剤の初期のゲル強度は700Pa以上であることが好ましい。初期のゲル強度が700Pa以上である場合、吸水剤は十分なゲル強度を有するため、各種用途への適用が容易になる。吸水剤を用いて作製した吸収体および吸収性物品に優れた使用感と吸収性能を付与し易いため、吸水剤の初期のゲル強度は800Pa以上がより好ましく、900Pa以上がさらに好ましい。 The initial gel strength of the water absorbing agent is preferably 700 Pa or more. When the initial gel strength is 700 Pa or more, the water-absorbing agent has sufficient gel strength, so application to various applications is facilitated. The initial gel strength of the water absorbing agent is more preferably 800 Pa or more, and still more preferably 900 Pa or more, since it is easy to impart excellent use feeling and absorption performance to the absorbent and absorbent article produced using the water absorbing agent.
前記ゲル劣化指数が0.75以下であることで、吸水剤は、吸水後の分解が速く、自己分解特性にも優れる。このような吸水剤を含む吸収性物品等は、リサイクル及び廃棄等がしやすく、エコフレンドリーの観点から有利である。前記ゲル劣化指数は、0.7以下であることがより好ましい。また、前記ゲル劣化指数の下限値は、例えば、0.3とすることができる。 When the gel degradation index is 0.75 or less, the water absorbing agent has a rapid decomposition after water absorption, and is excellent also in the autolysis characteristics. Absorbent articles and the like containing such a water absorbing agent are easy to recycle and discard, and are advantageous from the viewpoint of eco-friendliness. The gel degradation index is more preferably 0.7 or less. Further, the lower limit value of the gel deterioration index can be, for example, 0.3.
また、吸収体又は吸収性物品がより良い吸収性能を得やすい観点から、吸水剤の生理食塩水(0.9%塩化ナトリウム水溶液)に対する保水能は35〜50g/gが好ましく、生理食塩水に対する加圧下吸水能は24〜30ml/gが好ましく、生理食塩水に対する吸水速度は35〜42秒が好ましい。 In addition, from the viewpoint that the absorbent or the absorbent article can easily obtain better absorption performance, the water retention ability of the water absorbing agent to physiological saline (0.9% sodium chloride aqueous solution) is preferably 35 to 50 g / g. The water absorption capacity under pressure is preferably 24 to 30 ml / g, and the water absorption speed to physiological saline is preferably 35 to 42 seconds.
本発明の吸水剤は、多孔質構造を有しており、前記ゲル劣化指数が0.75以下を満たす限りは、その製造方法は特に限定されない。例えば、前述のように、逆相懸濁重合によって吸水性樹脂を合成し、得られた吸水性樹脂を、前記凍結乾燥工程と同様の条件で凍結乾燥させることで、前記ゲル劣化指数が0.75以下を満たす多孔質構造の吸水剤を製造できる。
吸水剤のその他の構成、例えば、形状及び中位粒子径等は、前述の吸水剤の製造方法の項で説明した吸水剤とすべて同様とすることができる。
The water absorbing agent of the present invention has a porous structure, and the manufacturing method is not particularly limited as long as the gel degradation index satisfies 0.75 or less. For example, as described above, the water-absorbent resin is synthesized by reverse phase suspension polymerization, and the obtained water-absorbent resin is freeze-dried under the same conditions as the above-mentioned freeze-drying step, so that the gel degradation index is 0. A water-absorbing agent having a porous structure satisfying 75 or less can be produced.
The other configurations of the water absorbing agent, for example, the shape and the median particle diameter can be all the same as those of the water absorbing agent described in the section of the method of manufacturing the water absorbing agent described above.
3.吸収性物品
本発明の製造方法で得られた吸水剤又は本発明の吸水剤を用いて、各種吸収性物品を形成することができる。吸収性物品は、吸水剤を含む吸収体を備える。具体的には、吸水剤と、親水性繊維とで吸収性物品を形成することができる。
親水性繊維は、例えば、セルロース繊維、人工セルロース繊維等が挙げられる。なお、親水性繊維には、本発明の目的が阻害されない範囲内であれば、疎水性を有する合成繊維が含有されていてもよい。
3. Absorbent Articles Various absorbent articles can be formed using the water absorbing agent obtained by the production method of the present invention or the water absorbing agent of the present invention. An absorbent article is provided with the absorber containing a water absorption agent. Specifically, an absorbent article can be formed of a water absorbing agent and a hydrophilic fiber.
Examples of hydrophilic fibers include cellulose fibers and artificial cellulose fibers. The hydrophilic fiber may contain a synthetic fiber having hydrophobicity, as long as the object of the present invention is not inhibited.
吸収体における吸水剤の含有量は、尿等の体液を十分に吸収し、快適な装着感を付与する観点から、通常40質量%程度以上とすればよく、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、特に好ましくは70質量%以上である。また、吸収体における吸水剤の含有量は、得られる吸収体の形態保持性を高めるために、親水性繊維等を適量含有させることを考慮して、通常98質量%程度以下とすればよく、好ましくは95質量%以下、更に好ましくは90質量%以下である。 The content of the water-absorbing agent in the absorber may be generally about 40% by mass or more, preferably 50% by mass or more, and more preferably from the viewpoint of sufficiently absorbing body fluid such as urine and providing a comfortable wearing feeling. Is 60% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more. In addition, the content of the water absorbing agent in the absorber may be generally about 98% by mass or less, in consideration of including an appropriate amount of hydrophilic fiber or the like, in order to enhance the form retention of the obtained absorber. Preferably it is 95 mass% or less, More preferably, it is 90 mass% or less.
吸収体の構造は特に限定されず、例えば、公知と同様の構造とすることができる。吸収体を、例えば、液体透過性シートと、液体不透過性シートとの間に保持することにより、吸収性物品とすることができる。
液体透過性シートとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の繊維からなる、エアスルー型、スパンボンド型、ケミカルボンド型、ニードルパンチ型等の不織布等が挙げられる。
液体不透過性シートとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等の樹脂からなる合成樹脂フィルム等が挙げられる。
The structure of the absorber is not particularly limited, and may be, for example, the same structure as known. An absorbent article can be obtained by, for example, holding the absorber between the liquid-permeable sheet and the liquid-impermeable sheet.
Examples of the liquid permeable sheet include non-woven fabrics of air through type, spun bond type, chemical bond type, needle punch type and the like made of fibers such as polyethylene, polypropylene and polyester.
As a liquid impervious sheet, the synthetic resin film etc. which consist of resin, such as polyethylene, a polypropylene, polyvinyl chloride, etc. are mentioned, for example.
吸収性物品の種類は、特に限定されない。例えば、紙おむつ、生理用ナプキン、失禁パッド等の衛生材料、ペット用の尿吸収材料等をはじめ、パッキング材等の土木建築用資材、ドリップ吸収剤、保冷剤等の食品鮮度保持用材料、土壌用保水材等の農園芸用物品、止水材等を挙げることができる。 The type of absorbent article is not particularly limited. For example, sanitary materials such as disposable diapers, sanitary napkins, incontinence pads, urine absorbing materials for pets, materials for civil engineering and construction such as packing materials, materials for maintaining food freshness such as drip absorbents, cold insulators, soil Agricultural and horticultural articles such as water-retaining materials, water-stopping materials and the like can be mentioned.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。
(製造例1;吸水性樹脂の製造)
還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管、及び、翼径50mmの4枚傾斜パドル翼を2段で有する攪拌翼を備えた内径110mmで2L容の丸底円筒型セパラブルフラスコを準備した。このフラスコに、炭化水素分散媒としてn−ヘプタン300gをとり、高分子系分散剤として無水マレイン酸変性エチレン−プロピレン共重合体(三井化学株式会社、ハイワックス1105A)0.74g、及び、界面活性剤としてHLB3のショ糖ステアリン酸エステル(三菱化学フーズ株式会社、リョートーシュガーエステルS−370)0.74gを添加し、攪拌しつつ加温溶解した後、55℃まで冷却した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples. However, the present invention is not limited to the embodiments of these examples.
(Production Example 1; Production of Water Absorbent Resin)
A 2 L round bottom cylindrical separable flask with an inner diameter of 110 mm was prepared, equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, a nitrogen gas inlet pipe, and a stirring blade having two stages of four inclined paddle blades with a blade diameter of 50 mm. In this flask, 300 g of n-heptane is taken as a hydrocarbon dispersion medium, and 0.74 g of maleic anhydride-modified ethylene-propylene copolymer (Mitsui Chemical Co., Ltd., Hi Wax 1105A) as a polymeric dispersant, and surface activity As an agent, 0.74 g of sucrose stearic acid ester of HLB3 (Mitsubishi Chemical Foods Co., Ltd., Ryoto Sugar Ester S-370) was added, and while heating and dissolving while stirring, it was cooled to 55 ° C.
一方、500mL容の三角フラスコに80質量%のアクリル酸水溶液92g(1.02モル)をとり、外部より冷却しつつ、30質量%の水酸化ナトリウム水溶液102.2gを滴下して75モル%の中和を行った。そこへ、増粘剤としてヒドロキシルエチルセルロース0.092g(住友精化株式会社、HEC AW−15F)、アゾ系化合物として2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩0.055g(0.204ミリモル)、過硫酸塩として過硫酸カリウム0.009g(0.034ミリモル)、内部架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテル0.006g(0.037ミリモル)及びイオン交換水48.0gを加えて溶解し、モノマー水溶液を調製した。 On the other hand, take 92 g (1.02 mol) of an 80% by weight aqueous solution of acrylic acid in a 500 mL Erlenmeyer flask, add 102.2 g of a 30% by weight aqueous solution of sodium hydroxide dropwise while cooling from the outside, The neutralization was done. Thereto, 0.092 g of hydroxyethyl cellulose as a thickener (Sumitomo Seika Co., Ltd., HECAW-15F), 0.055 g of 0.22 g of 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride as an azo compound (0. Dissolve with 204 mmol), 0.009 g (0.034 mmol) of potassium persulfate as persulfate, 0.006 g (0.037 mmol) of ethylene glycol diglycidyl ether as internal crosslinking agent and 48.0 g of ion exchanged water To prepare an aqueous monomer solution.
該モノマー水溶液を、高分子系分散剤及び界面活性剤が溶解した炭化水素分散媒が投入されている前記セパラブルフラスコに添加した。セパラブルフラスコ内を攪拌しながら、系内を窒素で十分に置換した後、フラスコを70℃の水浴に浸漬して昇温し、重合反応を10分間行うことで第1段目の反応混合物を得た。 The aqueous monomer solution was added to the separable flask into which a hydrocarbon dispersant in which a polymeric dispersant and a surfactant were dissolved was charged. After the inside of the system is sufficiently replaced with nitrogen while stirring in the separable flask, the flask is immersed in a 70 ° C. water bath to raise the temperature, and the polymerization reaction is carried out for 10 minutes to obtain the first-stage reaction mixture. Obtained.
一方、別の500mL容の三角フラスコに80質量%のアクリル酸水溶液128.8g(1.43モル)をとり、外部より冷却しつつ、30質量%の水酸化ナトリウム水溶液143.1gを滴下して75モル%の中和を行った。そこへ、アゾ系化合物として2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩0.077g(0.285ミリモル)、過酸化物として過硫酸カリウム0.013g(0.048ミリモル)、内部架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテル0.009g(0.052ミリモル)とイオン交換水12.5gを加えて溶解し、第2段目の重合反応用のモノマー水溶液を調製した。 On the other hand, take 128.8 g (1.43 mol) of an 80% by weight aqueous solution of acrylic acid in another 500 mL Erlenmeyer flask, and while cooling from the outside, add 143.1 g of a 30% by weight aqueous solution of sodium hydroxide dropwise Neutralization was performed at 75 mol%. There, 0.077 g (0.285 mmol) of 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride as an azo compound, 0.013 g (0.048 mmol) of potassium persulfate as a peroxide, internal As a crosslinking agent, 0.009 g (0.052 mmol) of ethylene glycol diglycidyl ether and 12.5 g of ion exchange water were added and dissolved to prepare an aqueous monomer solution for the second stage polymerization reaction.
前記の第1段目の反応混合物を25℃に冷却した後、前記第2段目のモノマー水溶液の全量を、第1段目の反応混合物に添加して、系内を窒素で十分に置換した後、再度、フラスコを70℃の水浴に浸漬して昇温し、第2段目の重合反応を5分間行うことで第2段目の反応混合物を得た。
第2段目の重合後、125℃の油浴で反応液を昇温し、n−ヘプタンと水との共沸蒸留によりn−ヘプタンを還流しながら274gの水を系外へ抜き出した。その後、キレート剤としてジエチレントリアミン五酢酸・五ナトリウム塩の4.5%水溶液5.89g(0.53ミリモル)、及び後架橋剤としてエチレングリコールジグリシジルエーテルの2%水溶液4.42g(0.51ミリモル)を添加し、80℃で2時間保持した後、n−ヘプタンを蒸発させて乾燥させた。得られた重合物を目開き850μmの篩に通過させ、球状粒子が凝集した形態の吸水性樹脂231.2gを得た。吸水性樹脂の中位粒子径は320μm、水分率は7.3%であった。取得した吸水性樹脂に対して0.2質量%の非晶質シリカ(エボニックデグサジャパン株式会社製、カープレックス#80)を混合し、以下の実施例及び比較例に用いた。
After cooling the first stage reaction mixture to 25 ° C., the entire amount of the second stage monomer aqueous solution was added to the first stage reaction mixture to sufficiently replace the inside of the system with nitrogen. Thereafter, the flask was again immersed in a 70 ° C. water bath to raise the temperature, and the second stage polymerization reaction was carried out for 5 minutes to obtain a second stage reaction mixture.
After the second stage polymerization, the reaction solution was heated in a 125 ° C. oil bath, and 274 g of water was extracted out of the system while refluxing n-heptane by azeotropic distillation of n-heptane and water. Then, 5.89 g (0.53 mmol) of a 4.5% aqueous solution of diethylenetriamine pentaacetic acid pentasodium salt as a chelating agent, and 4.42 g (0.51 mmol) of a 2% aqueous solution of ethylene glycol diglycidyl ether as a post-crosslinking agent ) Was added and kept at 80 ° C. for 2 hours, then n-heptane was evaporated to dryness. The obtained polymer was passed through a sieve of 850 μm, to obtain 231.2 g of a water absorbent resin in the form of aggregated spherical particles. The water-absorbent resin had a median particle size of 320 μm and a water content of 7.3%. With respect to the water-absorbent resin thus obtained, 0.2% by mass of amorphous silica (Carplex # 80, manufactured by Evonik Degussa Japan Co., Ltd.) was mixed and used in the following Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
回転子入り300mLビーカーに、水76gとtert−ブチルアルコール4gとを入れ、80gの水性溶媒を調製した後、マグネチックスターラー(小池精密機器製作所社製 M−20G)(スターラーチップ:8mm×30mm、リング無し)にて600rpmで攪拌しながら、25℃にて、製造例1で製造した吸水性樹脂20gを、水性溶媒(80g)に投入した。渦が消えて液面が水平になる直前に水性溶媒の攪拌を止めて内容物を取り出し、水性溶媒で5倍に膨潤した吸水性樹脂100gを得た。この際、吸水性樹脂が水性溶媒を完全に吸水するまでに12秒要した。この吸水性樹脂を次のように凍結乾燥した。
Example 1
In a 300 mL beaker with a rotor, 76 g of water and 4 g of tert-butyl alcohol are added to prepare 80 g of an aqueous solvent, and then a magnetic stirrer (M-20G manufactured by Koike Precision Instruments Mfg. Co., Ltd.) (stirler chip: 8 mm × 30 mm, 20 g of the water-absorbent resin produced in Production Example 1 was charged into an aqueous solvent (80 g) at 25 ° C. while stirring at 600 rpm with no ring. The stirring of the aqueous solvent was stopped immediately before the vortex disappeared and the liquid level became horizontal, the contents were taken out, and 100 g of a water-absorbent resin swollen with an aqueous solvent five times was obtained. At this time, it took 12 seconds for the water absorbent resin to completely absorb the aqueous solvent. The water-absorbent resin was freeze-dried as follows.
まず、膨潤した吸水性樹脂をSUSバット(24cm×24cm)に均一に敷き詰め、−40℃のドライチャンバー(EYERA社「DRC−1000」)内で20分間凍結した。その後、真空ポンプ(ULVAC社「OMC−200」)を用い、ドライチャンバー内を10Pa以下とした後、ドライチャンバーを−10℃に設定した。
ドライチャンバー内の吸水性樹脂の温度が−10℃に到達して1時間後、ドライチャンバー内を20℃とし、二次乾燥を5時間行った。これにより、多孔質構造を有する吸水剤20gを得た。
First, the swollen water-absorbent resin was uniformly spread on a SUS vat (24 cm × 24 cm), and frozen for 20 minutes in a dry chamber at −40 ° C. (EDRA “DRC-1000”). Then, after making the inside of a dry chamber into 10 Pa or less using a vacuum pump (ULVAC "OMC-200"), the dry chamber was set to -10 degreeC.
One hour after the temperature of the water absorbent resin in the dry chamber reached -10 ° C, the inside of the dry chamber was kept at 20 ° C, and secondary drying was performed for 5 hours. Thus, 20 g of a water absorbing agent having a porous structure was obtained.
(実施例2)
水性溶媒を水72gとtert−ブチルアルコール8g使用して調製したこと以外は、実施例1と同様に多孔質構造を有する吸水剤20gを得た。
(Example 2)
As in Example 1, 20 g of a water absorbing agent having a porous structure was obtained except that the aqueous solvent was prepared using 72 g of water and 8 g of tert-butyl alcohol.
(実施例3)
水性溶媒を水68gとtert−ブチルアルコール12g使用して調製したこと以外は、実施例1と同様に多孔質構造を有する吸水剤20gを得た。
(Example 3)
As in Example 1, 20 g of a water absorbing agent having a porous structure was obtained except that the aqueous solvent was prepared using 68 g of water and 12 g of tert-butyl alcohol.
(実施例4)
水性溶媒を水64gとtert−ブチルアルコール16g使用して調製したこと以外は、実施例1と同様に多孔質構造を有する吸水剤20gを得た。なお、実施例4で得られた吸水剤のゲル強度は、ネオカードメーターの測定限界値を下回ったため測定不能であった。そのため、吸水剤のゲル強度は500Pa未満と推定し、ゲル劣化指数もこの推定値に基づいて算出した。
(Example 4)
As in Example 1, 20 g of a water absorbing agent having a porous structure was obtained except that the aqueous solvent was prepared using 64 g of water and 16 g of tert-butyl alcohol. In addition, since the gel strength of the water absorbing agent obtained in Example 4 was less than the measurement limit value of the neocard meter, it was impossible to measure. Therefore, the gel strength of the water absorbing agent was estimated to be less than 500 Pa, and the gel degradation index was also calculated based on this estimated value.
(比較例1)
製造例1で得られた吸水性樹脂100gを、膨潤及び凍結乾燥をせずに、そのまま使用した。
(Comparative example 1)
100 g of the water absorbent resin obtained in Production Example 1 was used as it was without swelling and lyophilization.
(比較例2)
tert−ブチルアルコールを使用せずに水性溶媒を水80gのみとしたこと以外は、実施例1と同様に多孔質構造を有する吸水剤20gを得た。
(Comparative example 2)
As in Example 1, 20 g of a water absorbing agent having a porous structure was obtained, except that the aqueous solvent was changed to only 80 g of water without using tert-butyl alcohol.
(比較例3)
水性溶媒を水72gとジオキサン8g使用して調製したこと以外は、実施例1と同様に多孔質構造を有する吸水剤20gを得た。
(Comparative example 3)
As in Example 1, 20 g of a water absorbing agent having a porous structure was obtained, except that it was prepared using 72 g of water and 8 g of dioxane.
(評価方法)
各実施例及び比較例で得られた吸水剤について、ゲル強度(初期、1日後及び3日後)、保水能、加圧下吸水能、吸水速度及び中位粒子径の測定を、以下のように行った。
[ゲル強度測定とゲル劣化指数の算出]
100mlビーカーに0.02%ビタミンC入りの生理食塩水(0.9%塩化ナトリウム水溶液)49gを投入し、マグネチックスターラー(小池精密機器製作所社製 M−20G)(スターラーチップ:8mm×30mm、リング無し)を使用し600rpmで攪拌する。この攪拌により生じる渦中に吸水剤1.00gを投入した後、渦が消えて液面が水平になるまで攪拌させた。このように作製した5倍膨潤ゲルを、室温(25℃)で1時間(初期値)、並びに恒温恒湿器(ESPEC社製 LHU−113)(温度:40℃、湿度:60%)で3日間(72時間)放置後、ネオカードメーター(アイテクノエンジニアリング社製 ME−303)によりゲル強度測定を行った。室温(25℃)で1時間放置したゲルのゲル強度が前記式(1)のA(初期のゲル強度(Pa))に相当し、恒温恒湿器で3日間放置したゲルのゲル強度が前記式(1)のB(3日後のゲル強度(Pa))に相当する。この測定結果に基づいて上述した式(1)からゲル劣化指数を算出した。
(Evaluation method)
With respect to the water absorbing agent obtained in each Example and Comparative Example, measurement of gel strength (initial, one day and three days later), water retention ability, water absorption ability under pressure, water absorption rate and median particle diameter are performed as follows. The
[Measurement of gel strength and calculation of gel deterioration index]
In a 100 ml beaker, 49 g of physiological saline (0.9% sodium chloride aqueous solution) containing 0.02% vitamin C is charged, and a magnetic stirrer (M-20G manufactured by Koike Precision Instruments Mfg. Co., Ltd.) (stirler chip: 8 mm × 30 mm, Stir at 600 rpm using the ring). After 1.00 g of the water absorbing agent was introduced into the vortex generated by the stirring, the vortex disappeared and the mixture was stirred until the liquid level became horizontal. The 5-fold swelling gel prepared in this manner is 1 hour (initial value) at room temperature (25 ° C.) and 3 in a thermo-hygrostat (ESPEC LHU-113) (temperature: 40 ° C., humidity: 60%). After standing for one day (72 hours), gel strength measurement was performed using a neocard meter (ME-303 manufactured by I Techno Engineering Co., Ltd.). The gel strength of the gel left at room temperature (25 ° C.) for 1 hour corresponds to A (initial gel strength (Pa)) of the above formula (1), and the gel strength of the gel left for 3 days in the constant temperature and humidity chamber is It corresponds to B (gel strength (Pa) after 3 days) of the formula (1). The gel degradation index was calculated from the above-described equation (1) based on the measurement results.
なお、前記ネオカードメーターは直径16mmの感圧軸を用いる。ネオカードメーターにより、400gの荷重をゲルにかけながら1inch/21secの速度で粘調性質を測定することで、ゲル強度を計測することができる。 The neocard meter uses a pressure sensitive shaft with a diameter of 16 mm. The gel strength can be measured by measuring the viscosity property at a speed of 1 inch / 21 sec while applying a load of 400 g with a neocard meter.
[保水能測定]
評価用の吸水剤2.00gを綿袋内に入れた後、生理食塩水500gを綿袋内に流し込むと同時に全体を浸漬させた。綿袋の上部を輪ゴムで縛り、30分間浸漬後、遠心分離機(コクサン社製 H−122)(167G)で1分間脱水し、重量WAを測定した。また、綿袋内に試料を入れないで同様の操作を実施して、綿袋の空重量WBを測定した。そして、以下の式より保水能を算出した。
保水能(g/g)=(WA−WB)/2
[Holding ability measurement]
After putting 2.00 g of a water-absorbing agent for evaluation into a cotton bag, 500 g of physiological saline was poured into the cotton bag and the whole was immersed at the same time. Tied top of the cotton bag with a rubber band, after immersion for 30 minutes, dehydrated for 1 minute in a centrifuge (Kokusan Co. H-122) (167G), and weighed W A. Also, the same operation was carried out without putting the sample in the cotton bag, and the empty weight W B of the cotton bag was measured. And water retention ability was computed from the following formulas.
Water retention capacity (g / g) = (W A -W B) / 2
[加圧下吸水能測定]
図1は、吸水剤の加圧下吸水能測定に使用した測定装置の模式図である。図1に示す測定装置Yを用いて測定した。図1に示す測定装置Yは、ビュレット部1と導管2、測定台3、及び、測定台3上に置かれた測定部4からなる。ビュレット部1は、ビュレット10の上部にゴム栓14、下部に空気導入管11とコック12が連結されており、さらに、空気導入管11は先端にコック13を有している。ビュレット部1と測定台3の間には、導管2が取り付けられている。導管2の内径は6mmである。測定台3の中央部には、直径2mmの穴があいており、導管2が連結されている。測定部4は、円筒40(プレキシグラス製)と、この円筒40の底部に接着されたナイロンメッシュ41と、重り42とを有している。円筒40の内径は、20mmである。ナイロンメッシュ41の目開きは、75μm(200メッシュ)である。そして、測定時にはナイロンメッシュ41上に吸水剤5が均一に撒布されている。重り42は、直径19mm、質量119.6gである。この重り42は、吸水剤5上に置かれ、吸水剤5に対して4.14kPaの荷重を加えることができるようになっている。
[Measurement of water absorption capacity under pressure]
FIG. 1 is a schematic view of a measuring apparatus used for measuring the water absorption capacity under pressure of a water absorbing agent. It measured using the measuring apparatus Y shown in FIG. The measuring device Y shown in FIG. 1 comprises a bullet 1 and a conduit 2, a measuring stand 3, and a measuring portion 4 placed on the measuring stand 3. The bullet portion 1 has a rubber plug 14 connected to the upper portion of the burette 10, an air introducing pipe 11 and a cock 12 connected to the lower portion, and the air introducing pipe 11 has a cock 13 at the tip. A conduit 2 is attached between the bullet 1 and the measuring stand 3. The inner diameter of the conduit 2 is 6 mm. A hole of 2 mm in diameter is provided at the central part of the measurement stand 3 and the conduit 2 is connected. The measuring unit 4 has a cylinder 40 (made of plexiglass), a nylon mesh 41 adhered to the bottom of the cylinder 40, and a weight 42. The inner diameter of the cylinder 40 is 20 mm. The opening of the nylon mesh 41 is 75 μm (200 mesh). At the time of measurement, the water absorbing agent 5 is uniformly distributed on the nylon mesh 41. The weight 42 has a diameter of 19 mm and a mass of 119.6 g. The weight 42 is placed on the water absorbing agent 5 so that a load of 4.14 kPa can be applied to the water absorbing agent 5.
このような構成の測定装置Yでは、まずビュレット部1のコック12とコック13を閉め、25℃に調節された生理食塩水をビュレット10上部から入れ、ゴム栓14でビュレット上部の栓をした後、ビュレット部1のコック12、コック13を開ける。次に、測定台3中心部における導管2の先端と空気導入管11の空気導入口とが同じ高さになるように測定台3の高さの調整を行う。
一方、円筒40のナイロンメッシュ41上に0.10gの吸水剤5を均一に撒布して、この吸水剤5上に重り42を置く。測定部4は、その中心部が測定台3中心部の導管口に一致するようにして置く。
吸水剤5が吸水し始めた時点から継続的に、ビュレット10内の生理食塩水の減少量(吸水剤5が吸水した生理食塩水量)WE(mL)を読み取る。吸水開始から60分間経過後における吸水量を吸水剤5の加圧下での生理食塩水に対する吸水能として、次式により求めた。
加圧下吸水能(mL/g)=WE/0.1
In the measuring apparatus Y having such a configuration, the cock 12 and the cock 13 of the burette 1 are first closed, the physiological saline adjusted to 25 ° C. is put in from the upper part of the burette 10, and the upper part of the burette is plugged with the rubber plug 14 , Open the cock 12 and the cock 13 of the burette 1. Next, the height of the measurement stand 3 is adjusted so that the tip of the conduit 2 and the air introduction port of the air introduction pipe 11 at the center of the measurement stand 3 are at the same height.
On the other hand, 0.10 g of the water absorbing agent 5 is uniformly dispersed on the nylon mesh 41 of the cylinder 40, and the weight 42 is placed on the water absorbing agent 5. The measuring unit 4 is placed so that its center coincides with the mouth of the center of the measuring stand 3.
From the time when the water absorbing agent 5 starts to absorb water, the amount of decrease in the physiological saline in the burette 10 (the amount of physiological saline solution in which the water absorbing agent 5 absorbs water) W E (mL) is read. The water absorption amount after 60 minutes from the start of water absorption was determined by the following equation as the water absorption capacity to physiological saline under pressure of the water absorbing agent 5.
Water absorption capacity under pressure (mL / g) = W E /0.1
[吸水速度測定(Vortex法)]
回転子(8mm×30mm、リング無し)入り100mlビ−カ−に、生理食塩水50gを加え、恒温槽内で25℃にて保持した。次いで、評価用の吸水剤2.00gを、600rpmで攪拌した生理食塩水の渦中に投入し、同時にストップウォッチによる計測を開始した。渦が消えて液面が水平になった時点を終点として、それまでの時間(秒)を吸水速度とした。
[Water absorption rate measurement (Vortex method)]
50 g of physiological saline was added to a 100 ml beaker containing a rotor (8 mm × 30 mm, no ring), and kept at 25 ° C. in a thermostat. Next, 2.00 g of a water-absorbing agent for evaluation was introduced into a vortex of physiological saline stirred at 600 rpm, and at the same time, measurement by a stopwatch was started. The time (seconds) until that point was taken as the water absorption rate, with the end point when the vortex disappears and the liquid level becomes horizontal.
[粒径測定]
評価用の吸水剤5.00gをロボットシフター(セイシン企業社製「RPS−205」)(周波数80Hz、2分)を用いて測定した。使用したふるいは、850μm、710μm、600μm、500μm、425μm、300μm、180μm及び75μmとした。
[Particle size measurement]
The water-absorbing agent for evaluation, 5.00 g, was measured using a robot shifter ("RPS-205" manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) (frequency 80 Hz, 2 minutes). The sieves used were 850 μm, 710 μm, 600 μm, 500 μm, 425 μm, 300 μm, 180 μm and 75 μm.
表1は、各実施例及び比較例で得られた吸水剤の評価結果である。表1中、TBAはtert−ブチルアルコール、DOはジオキサンを表す。 Table 1 shows the evaluation results of the water absorbing agent obtained in each Example and Comparative Example. In Table 1, TBA represents tert-butyl alcohol, and DO represents dioxane.
[評価]
表1に示すように、実施例1乃至4で得られた吸水剤は、凍結乾燥前の吸水性樹脂(比較例1)と同等以上の優れた吸水性能を有し且つ優れた自己分解特性を有する。
また、図2(a)及び(c)はそれぞれ、実施例3及び比較例2で得られた吸水剤を倍率200倍で観察したSEM画像を示し、図2(b)は、比較例1で得られた吸水性樹脂を倍率200倍で観察したSEM画像を示す。これらの図から、実施例3の吸水剤は、微小なサイズの孔を有する多孔質構造であることが分かる。
[Evaluation]
As shown in Table 1, the water absorbing agents obtained in Examples 1 to 4 have excellent water absorbing performance equal to or greater than the water absorbing resin (Comparative Example 1) before freeze-drying and have excellent self-decomposition characteristics. Have.
2 (a) and 2 (c) show SEM images obtained by observing the water-absorbing agent obtained in Example 3 and Comparative Example 2 at a magnification of 200 times, and FIG. The SEM image which observed the obtained water absorbing resin by 200 times of magnification is shown. From these figures, it can be seen that the water-absorbing agent of Example 3 is a porous structure having pores of a minute size.
Y 測定装置
1 ビュレット部
2 導管
3 測定台
4 測定部
5 吸水剤
10 ビュレット
11 空気導入管
12 コック
13 コック
14 ゴム栓
40 円筒
41 ナイロンメッシュ
42 重り
Y measuring device 1 burette part 2 conduit 3 measurement stand 4 measuring part 5 water absorbing agent 10 burette 11 air introduction pipe 12 faucet 13 faucet 14 rubber plug 40 cylinder 41 cylinder 41 nylon mesh 42 weight
Claims (7)
下記式(1)で表されるゲル劣化指数が0.75以下である、吸水剤。
ゲル劣化指数=B/A (1)
(ここで、Aは初期のゲル強度(Pa)、Bは3日後のゲル強度(Pa)である) Has a porous structure,
A water absorbing agent whose gel degradation index represented by the following formula (1) is 0.75 or less.
Gel degradation index = B / A (1)
(Here, A is the initial gel strength (Pa), B is the gel strength after 3 days (Pa))
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