JP2022145483A - 吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents

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義朗 光上
Yoshiro Mitsugami
圭輔 菊池
Keisuke Kikuchi
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Borgman Caroline
ハイケ・オッパー
Opper Heike
アーセン・シモニャン
Shimonyan Aasen
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Abstract

【課題】通液性向上剤を実質的に添加しなくても、初期の加圧下吸水速度に優れた吸水性樹脂の製造方法を提供する。【解決手段】吸水性樹脂の製造方法は、特定のポリアルキレングリコールを添加しつつ、単量体を重合して、重合中又は重合後に、当該特定分子量のポリアルキレングリコールが内在する含水ゲル状架橋重合体を生成する工程を含み、当該含水ゲル状架橋重合体の無加圧下吸水倍率を所定の範囲に入るようにし、最終的に得られる吸水性樹脂に対し、該樹脂の各種物性(CRC、AAP、SFC、FSR)を規定の範囲にする方法である。【選択図】なし

Description

本発明は、吸水性樹脂の製造方法に関する。
紙オムツや生理用ナプキン、いわゆる失禁パット等の吸収性物品に含まれる吸収体とし
て、高吸水性高分子(SAP)が使用されている。前記SAPとしては、一般に、表面架
橋された吸水性樹脂が使用される。
前記の用途においては、吸水性樹脂は尿等の水性液体を吸収して膨潤することにより、
水性液体を封じ込める。よって、吸水性樹脂は、水性液体に対する高い吸収倍率を有する
とともに、水性液体を迅速に吸収する必要があり、高い吸水速度が求められる。吸水性樹
脂の吸水速度を表す物性値として、FSR(自由膨潤速度)がある。
さらには、高い吸収倍率及び高い吸水速度を有することに加えて、吸水性樹脂には、通
液性が良好であることが要求されている。通液性が低い場合、排出液体は吸収性物品の内
部に到達できず、表面側に留まり、吸収性物品から漏れることがある。通液性を表す物性
値として、SFC(生理食塩水流れ誘導性)がある。
特許文献7~12には、初期の加圧下吸水速度としてのT20(20g/gの吸収達成
時間)を向上させた吸水性樹脂が開示されている。吸水性樹脂のT20を向上させる方法
として、特許文献8では発泡重合が、特許文献9~12では特定の粉砕条件を用いたゲル
粉砕が記載されている。
特許文献14及び15には、吸水性樹脂のFSRの向上のために、ゲル粉砕時にゲル粉
砕機のダイス径を小さくしてゲルに強い剪断力を加える、いわゆるwet grindingという技
術が開示されている。
特許文献1には、吸水性樹脂の重合又はゲル粉砕時に、界面活性剤等のゲル間の融着を
抑制する物質を添加し、粉砕ゲルの融着を低減する技術が開示されている。特許文献4に
は、ゲル粉砕時の離型剤としてポリエチレングリコール(PEG)を使用することが開示
されている。
特許文献3には、吸水性樹脂がポリアルキレングリコール由来の化合物と、多価金属塩
とを含むことが記載され、特許文献5には吸水速度を向上させるために、吸水性樹脂に水
溶性高分子を添加することが記載されている。特許文献2には、PEGを吸水性樹脂に添
加して吸水性樹脂の初期の着色を抑制することが開示されている。また、特許文献6には
、内部架橋剤として、PEG等の多価アルコールのみを使用することが記載され、特許文
献13には、PEGを発泡重合での増粘剤として用いることが記載されている。
国際公開2016/204302号パンフレット 国際公開2008/096713号パンフレット 国際公開2009/075204号パンフレット 特開2001-342258号公報 特開昭57-167307号公報 特開昭55-84304号公報 特表2014-515987号公報 国際公開2010/095427号パンフレット 国際公開2017/164452号パンフレット 国際公開2018/117391号パンフレット 国際公開2018/139768号パンフレット 国際公開2016/085123号パンフレット 国際公開2016/204390号パンフレット 国際公開2016/126079号パンフレット 国際公開2016/158975号パンフレット
しかしながら、前記従来の吸水性樹脂を用いて構成した、紙オムツ等の吸収性物品は、
依然、水性液体の吸収が遅く、水性液体のにじみ(戻り)が発生するという問題があった
。かかる問題を解決するための吸水性樹脂からのアプローチとして、初期の加圧下吸水速
度を向上させることが必要であることを見出した。即ち、吸収性物品が水性液体と接触し
た場合、初期に素早く水性液体を拡散・吸収する吸水性樹脂が求められる。
また、吸水性樹脂に通液性向上剤を添加することは、吸水性樹脂の製造及び紙オムツの
製造ラインでの粉立ちやフィルターの詰まりなどのダスト問題が生じたりすることがある
。そのため、吸水性樹脂に通液性向上剤を実質的に添加することなく、初期の加圧下吸水
速度を向上させることが求められる。
本発明の課題は、通液性向上剤を実質的に添加しなくても、初期の加圧下吸水速度に優
れた吸水性樹脂の製造方法を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る吸水性樹脂の製造方法は、以下の
通りである。
(i)(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程と、
(ii)該(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程と、
(iii)重合中又は重合後に生成した含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕して粒子状の含
水ゲルを得る工程と、
(iv)該粒子状の含水ゲルを乾燥して乾燥重合体を得る工程と、
(v)該乾燥重合体を粉砕及び/又は分級して表面架橋前の粒子状の吸水性樹脂を得る工
程と、
(vi)該表面架橋前の粒子状の吸水性樹脂を表面架橋する工程と、
を含む、表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方
法であって、
前記工程(i)及び/又は(ii)の工程にて、重量平均分子量が2000以下である
水溶性のポリアルキレングリコールを添加し、該工程(i)及び/又は(ii)の工程に
おける前記水溶性のポリアルキレングリコールの添加量の総量が、前記単量体水溶液中に
含まれる単量体の全質量に対して0.01質量%~1質量%であり、
前記含水ゲル状架橋重合体の無加圧下吸水倍率が31g/g以下、20g/g以上であ
り、
前記の製造方法によって得られる表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩
)系吸水性樹脂が、以下(1)~(4)を満たす、吸水性樹脂の製造方法。
(1)無加圧下吸収倍率(CRC)が20g/g以上35g/g以下
(2)0.7psiの加圧下における加圧下吸収倍率(AAP)が25g/g以上
(3)生理食塩水流れ誘導性(SFC)が15(×10-7cm・sec/g)以上
(4)自由膨潤速度(FSR)が0.33g/(g・s)以上
好ましくは、本発明の一態様に係る吸水性樹脂脂の製造方法において、前記ポリアルキ
レングリコールの重量平均分子量が200以上である。
好ましくは、本発明の一態様に係る吸水性樹脂の製造方法において、前記ポリアルキレ
ングリコールの、前記表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹
脂全体に対する含有割合が0.01質量%~1質量%になるように調整する。
好ましくは、本発明の一態様に係る吸水性樹脂の製造方法において、前記表面架橋され
た粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂が、不定形破砕状の表面架橋され
た吸水性樹脂である。
好ましくは、本発明の一態様に係る吸水性樹脂の製造方法において、前記表面架橋され
た粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の含水率が、5質量%以下である
好ましくは、本発明の一態様に係る吸水性樹脂の製造方法において、前記工程(iii
)にて前記含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕して得られる前記粒子状の含水ゲルの粒度分
布を示す対数標準偏差(σ)が、0.2~1.5である。
本発明の一態様に係る吸水性樹脂の製造方法は、通液性向上剤を実質的に添加しなくて
も、初期の加圧下吸水速度(T20)に優れる吸水性樹脂を提供する。従って、例えば、
紙オムツ等の吸収性物品を本発明に係る製造方法にて製造された吸水性樹脂を含んで構成
した場合、膨潤ゲルの通液性に優れるとともに、水性液体の吸収も早く、且つ水性液体の
にじみ(戻り)が抑制される。通液性向上剤を実質的に添加しないので、吸水性樹脂の製
造及び紙オムツの製造ラインでの粉立ちやフィルターの詰まり等のダスト問題が生じたり
することが抑制され、さらには消費者にとってより安全な吸収性物品を提供することがで
きる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。但し、本発明はこれに限定される
ものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態及び実施例に
それぞれ記載された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態及び実施例について
も本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書においては特記しない限り、数値範囲
を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。また、「(メタ)アクリル」は、
「アクリル及び/又はメタクリル」を意味する。さらに、吸水性樹脂等の質量は、特に記
載のない限り、固形分に換算した数値を表す。
[1]用語の定義
(1-1)吸水性樹脂
本明細書において、「吸水性樹脂」とは、水膨潤性水不溶性の架橋重合体を意味する。
ここで、「水膨潤性」とは、NWSP 241.0.R2(15)で規定される無加圧下
吸収倍率(遠心分離機保持容量(CRC)とも称される)が5g/g以上であることを意
味し、「水不溶性」とは、NWSP 270.0.R2(15)で規定される可溶分(E
xt)が50質量%以下であることを意味する。
前記「吸水性樹脂」は、好ましくは(メタ)アクリル酸(塩)系単量体を架橋重合させ
てなる親水性の架橋重合体である。但し、その全量、すなわち100質量%が前記親水性
の架橋重合体である必要はなく、前記CRCやExt等の要求性能を満たす範囲内で添加
剤等を含有することもできる。
また、本明細書において、前記吸水性樹脂は、「内部のみが架橋された重合体、つまり
、内部と表面の架橋密度が実質的に同じである重合体」又は「内部と表面とが架橋された
重合体、つまり、表面の架橋密度が内部の架橋密度に対して相対的に高い重合体」を指す
場合がある。本明細書において、前記「内部のみが架橋された重合体」と前記「内部と表
面とが架橋された重合体」は原則、区別することなく、何れも「吸水性樹脂」と表記する
。但し、表面架橋の有無について明確に区別する必要がある場合は、前記「内部のみが架
橋された重合体」は表面架橋が施される前であるため、「表面架橋前の吸水性樹脂」又は
「ベースポリマー」と表記し、前記「内部と表面とが架橋された重合体、つまり、表面の
架橋密度が内部の架橋密度に対して相対的に高い重合体」は表面架橋が施された後である
ため、「表面架橋後の吸水性樹脂」又は「表面架橋された吸水性樹脂」と表記する。なお
、「表面架橋前」とは、「表面架橋剤を添加する前」又は「表面架橋剤が添加された後で
あっても加熱処理による表面架橋反応が始まる前」のことを意味する。
また、前記「吸水性樹脂」は、樹脂成分のみを指す場合の他に、添加剤等の樹脂以外の
成分を含む場合がある。
(1-2)「NWSP」
「NWSP」は、Non-Woven Standard Procedures-Edition 2015の略称であり、EDA
NA(European Disposables and Nonwovens Associations:欧州不織布工業会)とIN
DA(Association of the Nonwoven Fabrics Industry:北米不織布工業会)とが共同で
発行した、欧州及び米国において統一された、不織布及びその製品の評価方法である。ま
た、NWSPには、吸水性樹脂の標準的な測定方法も示されている。本明細書では、NW
SP原本(2015年)に準拠して、吸水性樹脂の物性を測定する。なお、本明細書では
別途言及しない限り、吸水性樹脂の各種物性の測定方法は、下記実施例での測定方法に従
う。
[2]吸水性樹脂
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂は、粒子状のポリ(メタ
)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、当該吸水性樹脂に、重量平均分子量が200
0以下である水溶性のポリアルキレングリコールが内在しており、通液性向上剤を実質的
に含まず、かつ、下記(1)~(5)を満たす。
(1)無加圧下吸収倍率(CRC)が20g/g以上35g/g以下
(2)0.7psiの加圧下における加圧下吸収倍率(AAP)が25g/g以上
(3)生理食塩水流れ誘導性(SFC)が15(×10-7cm・sec/g)以上
(4)自由膨潤速度(FSR)が0.33g/(g・s)以上
(5)初期の加圧下吸水速度(T20)が145秒以下
本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討の結果、特定分子量の水溶性のポリ
アルキレングリコールを吸水性樹脂に内在させることにより、通液性向上剤を実質的に添
加することなく、初期の加圧下吸水速度(T20)が向上した吸水性樹脂が得られること
を見出し、本発明を完成した。初期の加圧下吸水速度(T20等)は吸収性物品の吸液性
又はRe-Wetに影響する。例えば、紙オムツ等の吸収性物品に、前記初期の加圧下吸水速度
(T20等)の早い吸水性樹脂を含んで構成した場合、尿等の排出液体の吸収が早く、且
つ排出液体のにじみ(戻り)も抑制される。そして、通液性向上剤を添加しないので、吸
水性樹脂の製造及び紙オムツの製造ラインでの粉立ちやフィルターの詰まりなどのダスト
問題が生じたりすることが抑制される。
[2-1]ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂
本発明の一実施形態において、「ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂」とは、
(メタ)アクリル酸(塩)系単量体を含む単量体組成物を架橋重合させてなる親水性の架
橋重合体を意味する。
本明細書において、「(メタ)アクリル酸(塩)」とは、(メタ)アクリル酸及び/又
はその塩を意味し、「(メタ)アクリル酸(塩)系単量体を含む単量体組成物」とは架橋
剤を除く単量体全体に対して、(メタ)アクリル酸(塩)を50モル%以上含む単量体組
成物を意味する。
言い換えれば、ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、当該ポリ(メタ)アク
リル酸(塩)系吸水性樹脂を構成する構造単位全体に対して、(メタ)アクリル酸(塩)
由来の構造単位を50モル%以上含む架橋重合体であり、任意成分としてグラフト成分を
有する架橋重合体である。
前記ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、重合反応に関与する単量体のうち
内部架橋剤を除いた部分に対して、50モル%以上、好ましくは70モル%以上、より好
ましくは90モル%以上であって、好ましくは100モル%以下、より好ましくは実質1
00モル%の(メタ)アクリル酸(塩)を原料として用いて得られた架橋重合体である。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の形状は粒子状である。
粒子状の前記吸水性樹脂は、例えば、不定形破砕状(不定形)、球状、繊維状、棒状、略
球状、偏平状でありうる。中でも、少なくとも一部が不定形破砕状であることが好ましい
。子供用紙オムツなどの吸収性物品への使用を考慮すると、液(尿)の拡散性、パルプか
らの脱落し難さなどの点から、上述した粒子の形状の中では、前記吸水性樹脂は、不定形
であることがより好ましい。粒子状の吸水性樹脂は、一粒の粒子である場合も、複数個の
粒子の集合体である場合も粒子状の吸水性樹脂と称する。「粒子状」とは、粒子の形態を
有することを意味し、粒子とは、測定可能な大きさを持つ、固体又は液体の粒状小物体(
JIS工業用語大辞典第4版、2002頁)をいう。
<単量体>
「単量体」は、吸水性樹脂(ポリマー)を形成する原料成分(モノマー)のことを指し
、主成分の(メタ)アクリル酸(塩)系単量体の他、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体
以外の単量体及び、内部架橋剤がある。つまり、吸水性樹脂を形成するモノマー全体は、
単量体組成物である。前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体としては、(メタ)アクリ
ル酸及びその塩が挙げられる。
前記(メタ)アクリル酸(塩)系単量体以外の単量体として、不飽和二重結合を有する
単量体(エチレン性不飽和単量体)のうち、酸基を含有する単量体が好ましい。当該単量
体としては、具体的には、(無水)マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、ケ
イ皮酸、ビニルスルホン酸、アリルトルエンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、ス
チレンスルホン酸、2-(メタ)アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-
(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2-(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸
、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート等のアニオン性不飽和単量
体及び/又はその塩が挙げられる。これら単量体は、必要に応じて一種類又は二種類以上
用いられる。
前記塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩が挙げられ、ナトリウム
塩、カリウム塩、リチウム塩、アンモニウム塩がより好ましく、ナトリウム塩が特に好ま
しい。
また、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体を含む単量体組成物は、10~90モル%の
範囲で中和されていることが好ましく、40~80モル%の範囲で中和されていることが
より好ましく、60~75モル%の範囲で中和されていることが特に好ましい。
従って、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体を含む単量体組成物は、水酸化ナトリウム
、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸(水素)ナトリウ
ム、炭酸(水素)カリウム等の炭酸(水素)塩、アンモニア等の一価の塩基性化合物を含
む中和液で中和されていることが好ましく、水酸化ナトリウムを含む中和液で中和されて
いることが特に好ましい。
また、単量体組成物は、必要に応じて、上述した「(メタ)アクリル酸(塩)系単量体
」、「(メタ)アクリル酸(塩)系単量体以外の単量体」の他に、「親水性又は疎水性の
不飽和単量体(以下、「他の単量体」と称する)」を含んでいてもよい。当該他の単量体
としては、例えば、メルカプタン基含有不飽和単量体;フェノール性水酸基含有不飽和単
量体;N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニルアセトアミド、(メタ)アクリルアミド
、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N,
N-ジメチル(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有不飽和単量体;N,N-ジメチル
アミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレ
ート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和
単量体;が挙げられる。他の単量体の使用量は、得られる吸水性樹脂の物性を損なわない
程度であればよく、具体的には、単量体組成物の内部架橋剤を除いた部分に対して、50
モル%以下、より好ましくは20モル%以下である。
<内部架橋剤>
前記吸水性樹脂は内部架橋剤により内部架橋されている。
前記内部架橋剤としては、例えば、N,N’-メチレンビス(メタ)アクリルアミド、
(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ
(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロー
ルプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリ
ンアクリレートメタクリレート、エチレンオキシド変性トリメチロールプロパントリ(メ
タ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリス
リトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌ
レート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、ポリ(メタ)アリロキシアルカン
、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテ
ル、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、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)
アクリレート等が挙げられる。これらの内部架橋剤の中から、反応性等を考慮して少なく
とも1種類の内部架橋剤が選択される。
本発明においては、吸水性樹脂の吸水性能等の観点から、好ましくは重合性不飽和基を
二つ以上有する内部架橋剤、より好ましくは(ポリ)アルキレングリコール構造を有する
重合性不飽和基を二つ以上有する内部架橋剤が選択される。前記重合性不飽和基としては
、具体的には、アリル基、(メタ)アクリレート基が挙げられる。中でも、(メタ)アク
リレート基が好ましい。また、前記(ポリ)アルキレングリコール構造を有する重合性不
飽和基を二つ以上有する内部架橋剤としては、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリ
レートが挙げられる。尚、アルキレングリコール単位の数(以下、「n」と表記する)と
しては、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、さらに好ましくは4以上、特に好ま
しくは6以上であって、好ましくは100以下、より好ましくは50以下、さらに好まし
くは20以下、特に好ましくは10以下である。
前記内部架橋剤の使用量は、内部架橋剤を除く単量体組成物に対して、好ましくは0.
0001モル%以上、より好ましくは0.001モル%以上、さらに好ましくは0.01
モル%以上であって、好ましくは10モル%以下、より好ましくは5モル%以下、さらに
好ましくは1モル%以下である。当該範囲内の使用量とすることで、所望する吸水性能を
有する吸水性樹脂が得られる。一方、当該範囲外の使用量では、ゲル強度の低下に伴い、
水可溶分が増加したり、吸収倍率が低下したりすることがある。
<表面架橋剤>
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂は表面架橋されている。
使用される表面架橋剤としては、例えば、米国特許第7183456号に記載された表面
架橋剤が挙げられる。これら表面架橋剤の中から、反応性等を考慮して少なくとも1種類
の表面架橋剤が選択される。また、表面架橋剤の取り扱い性や吸水性樹脂の吸水性能等の
観点から、好ましくはカルボキシル基と反応する官能基を二つ以上有する表面架橋剤であ
って、共有結合が形成される有機化合物が選択される。
前記表面架橋剤としては、具体的には、例えば、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、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3
-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタ
ンジオール、2,3-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジ
オール、1,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2,3-ペンタンジオ
ール、2,4-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオー
ル、1,4-ヘキサンジオール、1,5-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール
、2,3-ヘキサンジオール、2,4-ヘキサンジオール、グリセリン、ポリグリセリン
、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の多価アルコール化合物;エチレンジア
ミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペ
ンタエチレンヘキサミン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン等の多価アミン化合物
;ハロエポキシ化合物、多価アミン化合物とハロエポキシ化合物との縮合物;1,2-エ
チレンビスオキサゾリン等のオキサゾリン化合物;オキサゾリジノン化合物;1,3-ジ
オキソラン-2-オン(エチレンカーボネート)、4-メチル-1,3-ジオキソラン-
2-オン、4,5-ジメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジメチル-1
,3-ジオキソラン-2-オン、4-エチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-ヒ
ドロキシメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、1,3-ジオキサン-2-オン、4
-メチル-1,3-ジオキサン-2-オン、4,6-ジメチル-1,3-ジオキサン-2
-オン、1,3-ジオキソパン-2-オン等のアルキレンカーボネート化合物;エチレン
グリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレンジグリシジルエーテル、プロピレングリ
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、グリセ
ロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロ
ールポリグリシジルエーテル、グリシドール等の多価グリシジル化合物;オキセタン化合
物;ビニルエーテル化合物;環状尿素化合物;等が挙げられる。これらの1種類を単独で
使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂は、表面架橋された不定
形破砕状の吸水性樹脂を含むことがより好ましい。これにより、加圧下の吸水性能とパル
プからの脱落のし難さを両立できるため、好ましい。中でも、本発明の一実施形態に係る
製造方法にて製造される吸水性樹脂は、表面架橋された不定形破砕状の吸水性樹脂を、吸
水性樹脂全体に対して、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さ
らに好ましくは90質量%以上含む。
[2-2]ポリアルキレングリコール
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂には、重量平均分子量が
2000以下である水溶性のポリアルキレングリコールが内在している。ここで、前記ポ
リアルキレングリコールが、吸水性樹脂に内在しているとは、前記ポリアルキレングリコ
ールが、吸水性樹脂の内部に存在していることをいう。ポリアルキレングリコールの大部
分が吸水性樹脂の内部に存在していればよく、一部のポリアルキレングリコールが吸水性
樹脂の表面に存在してもよい。すなわち、表面近傍のみに存在している形態でなければよ
く、この限りにおいて一部が表面に存在していても良い。
ポリアルキレングリコールとしては、下記一般式(1)で表される構造を有するポリア
ルキレングリコールを挙げることができる。
H-(OR)-OH (1)
一般式(1)において、Rは炭素数が2~4のアルキレン基であり、直鎖状であっても
分枝状であってもよい。また、nは平均値が4~50、より好ましくは6~15である。
一般式(1)において、1分子中のオキシアルキレン基(-OR-)は、同一であって
もよいし、2種以上のオキシアルキレン基が含まれていてもよい。より具体的には、前記
ポリアルキレングリコールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレン
グリコール、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合体、ポリエチレ
ングリコール-ポリプロピレングリコール-ポリブチレングリコール共重合体等が挙げら
れる。これらのポリアルキレングリコール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。
本発明の一実施形態において前記ポリアルキレングリコールは水溶性である。ここで、
本発明において「水溶性」とは、25℃の水100gに対して、5g以上、より好ましく
は10g以上溶解することをいう。前記ポリアルキレングリコールが水溶性であることに
より、単量体水溶液に溶解させることができるため、ポリアルキレングリコールを吸水性
樹脂に好適に内在させることができる。
また、本発明の一実施形態において用いられるポリアルキレングリコールの重量平均分
子量は、2000以下である。前記ポリアルキレングリコールの重量平均分子量が200
0以下であることにより、これが内在する吸水性樹脂は初期の加圧下吸水速度を向上させ
ることができる。前記ポリアルキレングリコールの重量平均分子量は、200以上である
ことが好ましく、300以上であることがより好ましく、400以上であることがさらに
好ましい。また、該重量平均分子量は1500以下であることがより好ましく、1000
以下であることがより好ましい。なお、ここで、前記ポリアルキレングリコールの重量平
均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定された値である。
前記吸水性樹脂に内在する前記ポリアルキレングリコールの含有割合は、吸水性樹脂全
体に対して、0.01質量%~1質量%であることが好ましい。前記ポリアルキレングリ
コールの含有割合が0.01質量%~1質量%であることにより、吸水性樹脂は初期の加
圧下吸水速度(T20等)に優れる。前記ポリアルキレングリコールの含有割合は、0.
05質量%以上であることがより好ましく、0.10質量%以上であることがさらに好ま
しく、0.15質量%以上であることがさらに好ましく、0.20質量%以上であること
がさらに好ましい。また、該ポリアルキレングリコールの含有割合は、0.80質量%以
下であることがより好ましく、0.60質量%以下であることがさらに好ましく、0.4
0質量%以下であることが特に好ましい。
前記吸水性樹脂に内在する前記ポリアルキレングリコールの含有割合は、吸水性樹脂か
ら水可溶性成分を抽出し、抽出物を液体クロマトグラフィーで分析することにより定量す
ることができる。抽出の方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を適宜選択
すればよい。前記ポリアルキレングリコールが吸水性樹脂に内在していることは、分級し
た各粒度範囲の吸水性樹脂のポリアルキレングリコールの含有率を分析した場合に、ポリ
アルキレングリコールの含有率が均等であり、粒度依存性がないことにより証明すること
かできる。これは、ポリアルキレングリコールが吸水性樹脂の表面に存在するとすれば、
小さい粒度範囲の吸水性樹脂におけるポリアルキレングリコールの含有率が、大きい粒度
範囲の吸水性樹脂におけるポリアルキレングリコールの含有率より大きくなる一方、ポリ
アルキレングリコールが吸水性樹脂に内在する場合は、粒度に関係なく、ポリアルキレン
グリコールの含有率が均一であることに基づく。
[2-3]通液性向上剤
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂は、通液性向上剤を実質
的に含まない。ここで、「実質的に含まない」とは、通液性向上剤を含まないか、又は通
液性向上剤を含む場合であっても、その含有割合が、吸水性樹脂全体に対して0.1質量
%未満(好ましくは、0.001質量%未満)であることをいう。通液性向上剤を0.1
質量%以上含む場合、吸水性樹脂の吸収倍率、吸水速度等の物性が低下する傾向にある。
本発明の一実施形態においては、通液性向上剤を添加することなく、吸水性樹脂の初期の
加圧下吸水速度(T20等)を向上させることができる。そして、吸水性樹脂の製造及び
紙オムツの製造ラインでの粉立ちやフィルターの詰まり等のダスト問題が生じたりするこ
とが抑制される。
前記通液性向上剤とは、加圧下でも吸水性樹脂の粒子間の隙間を保持するスペーサー(
支持体)であり、カチオン系ポリマーを含む通液性向上剤、無機物を含む通液性向上剤が
挙げられる。無機物を含む通液性向上剤としては、多価金属塩及び水不溶性の無機粒子が
挙げられる。前記多価金属塩は、2価以上、好ましく3価以上の、金属カチオンを含有す
る。3価以上の金属カチオンとしては、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム等が例
示される。多価金属塩としては、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩化酸化ジルコ
ニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム、炭酸ジルコニウムカリウム、炭酸ジルコニウム
カリウム、硫酸ジルコニウム、ヒドロキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニウムなどの多
価金属の無機塩、酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、酢酸ジルコニウム、チタントリ
エタノールアミネート、チタンラクテートなどの多価金属の有機塩等の多価金属化合物等
が挙げられる。
前記水不溶性の無機微粒子としては、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム
、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、タルク、金属リン酸塩(例えばリン酸カルシウム、リン
酸バリウム、リン酸アルミニウム)、金属硼酸塩(例えばホウ酸チタン、ホウ酸アルミニ
ウム、ホウ酸鉄、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸マンガン、及びホウ酸カルシウム)、珪酸
又はその塩、粘土、珪藻土、ゼオライト、ベントナイト、カオリン、ハイドロタルサイト
、活性白土等の水不溶性微粒子状無機粉体、乳酸カルシウム、乳酸アルミニウム、金属石
鹸(長鎖脂肪酸の多価金属塩)等の有機微紛末が挙げられる。前記無機微粒子は、体積平
均粒子径が通常10μm以下である。本実施形態においては、これら多価金属塩及び水不
溶性の無機粒子を実質的に添加することなく、初期の加圧下吸水速度(T20等)が向上
した吸水性樹脂が得られる。
[2-4]吸水性樹脂の物性
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の無加圧下吸収倍率(C
RC)は20g/g以上であることが好ましく、より好ましくは25g/g以上であり、
さらに好ましくは28g/g以上であり、特に好ましくは29g/g以上である。CRC
の上限は高いほど好ましいが、他の物性とのバランスから35g/g以下であることが好
ましく、より好ましくは32g/gであり、さらに好ましくは31g/g以下であり、特
に好ましくは30g/g以下である。
また、本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の0.7psiの
加圧下における加圧下吸収倍率(AAP)は、好ましくは25g/g以上、より好ましく
は25.2g/g以上、さらに好ましくは25.4g/g以上、特に好ましくは25.6
g/g以上、最も好ましくは25.8g/g以上である。上限値については特に限定され
ないが、他の物性とのバランスの観点から、好ましくは30g/g以下である。
AAPが25g/g以上の場合、吸収体に圧力が加わった際の液の戻り量(通常、「R
e-Wet(リウェット)」と称する)が多くなりすぎないので、紙オムツ等の吸収性物
品の吸収体として適する。なお、AAPは、粒度や表面架橋剤等で制御することができる
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の生理食塩水流れ誘導性
(SFC)は、好ましくは15×10-7cm・sec/g以上であり、より好ましくは
18×10-7cm・sec/g以上であり、さらに好ましくは20×10-7cm・s
ec/g以上であり、特に好ましくは30×10-7cm・sec/g以上である。SFC
の上限値は、高値ほど好ましく特に限定されない。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の自由膨潤速度(FSR
)は、好ましくは0.33g/(g・s)以上であり、より好ましくは0.36g/(g
・s)以上であり、さらに好ましくは0.39g/(g・s)以上であり、特に好ましく
は0.42g/(g・s)以上である。前記FSRは、吸水性樹脂の表面積及び不定形破
砕状の粒子形状に関係しており、FSRが高いほど吸水性樹脂の表面積が高い及び/又は
、吸水性樹脂の粒子形状がより不定形破砕状(球状からよりかけ離れた形状)であると想
定される。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の初期の加圧下吸水速度
(T20)は145秒以下であり得る。T20は140秒以下であることが好ましく、1
35秒以下であることがより好ましく、130秒以下、120秒以下、110秒以下、1
00秒以下であることがさらに好ましい。T20を上記範囲とすることで、例えば、紙オ
ムツ等の吸収性物品に前記吸水性樹脂を含んで構成した場合、尿等の排出液体の吸収が早
くなり、且つ排出液体のにじみ(戻り)も抑制される。
本発明の一実施形態に係る製造方法において、特定のポリアルキレングリコールが内在
する吸水性樹脂を製造できるように、単量体を重合して、重合中又は重合後に、当該特定
のポリアルキレングリコールが内在するゲル状架橋重合体を生成し、当該含水ゲル状架橋
重合体の無加圧下吸水倍率を所定の範囲に入るようにし、最終的に得られる吸水性樹脂に
対し、該樹脂の各種物性(CRC、AAP、SFC、FSR)を規定の範囲にすることに
より、T20の値が小さく、初期の加圧下吸水速度に優れる吸水性樹脂を製造することが
できる。言い換えると、前記の製造方法によって得られ、且つ、前述の樹脂の各種物性の
範囲が前述の範囲内である吸水性樹脂は、T20の値が小さく、初期の加圧下吸水速度に
優れる。なお、前記の各種物性は、吸水性樹脂の粒度、粒子形状、表面架橋等で制御でき
る。
前記吸水性樹脂の各種物性(CRC、AAP、SFC、FSR)が規定範囲内にある場
合にT20の値が小さくなり、初期の加圧下吸水速度が向上する理由は定かではないが、
それら物性の中で、AAP(0.7)/SFCが、0.2以上、0.3以上、0.4以
上、0.5以上、0.6以上、0.7以上であることが好ましく、5.0以下、4.0以
下、3.0以下、2.0以下、1.5以下、1.3以下であることがより好ましい。ここ
で、SFC*=SFC/(1×10-7)である。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の初期の加圧下吸水速度
(T15)は90秒以下であることが好ましい。T15は80秒以下であることがより好
ましく、75秒以下であることがより好ましく、70秒以下であることがさらに好ましい
。T15を上記範囲とすることで、例えば、紙オムツ等の吸収性物品に前記吸水性樹脂を
含んで構成した場合、尿等の排出液体の吸収が早く、排出液体のにじみ(戻り)も抑制さ
れる。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の初期の加圧下吸水速度
(T10)は50秒以下であることが好ましい。T10は46秒以下であることがより好
ましく、43秒以下であることがより好ましく、40秒以下であることがさらに好ましい
。T10を上記範囲とすることで、例えば、紙オムツ等の吸収性物品を前記吸水性樹脂を
含んで構成した場合、尿等の排出液体の吸収が早く、排出液体のにじみ(戻り)も抑制さ
れる。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の初期の加圧下吸水速度
(T5)は25秒以下であることが好ましい。T5は22秒以下であることがより好まし
く、21秒以下であることがより好ましく、19秒以下であることがさらに好ましい。T
5を上記範囲とすることで、例えば、紙オムツ等の吸収性物品を前記吸水性樹脂を含んで
構成した場合、尿等の排出液体の吸収が早く、排出液体のにじみ(戻り)も抑制される。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の初期の加圧下吸水速度
T5、T10及びT15の合計(T5+T10+T15)は160秒以下であることが好
ましく、140秒以下であることがより好ましく、135秒以下であることがさらに好ま
しく、130秒以下であることが特に好ましい。T5+T10+T15を上記範囲とする
ことで、例えば、紙オムツ等の吸収性物品を前記吸水性樹脂を含んで構成した場合、尿等
の排出液体の吸収が早く、排出液体のにじみ(戻り)も抑制される。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂の含水率は、例えば、1
5質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量
%以下が更に好ましく、特に1質量%以下、実質的に0質量%が好ましい。含水率は、例
えば前記所定の含水率への乾燥及び表面架橋、必要により更に水の添加又は乾燥によって
制御される。含水率が15質量%以下であれば、着色も抑制され、吸水性樹脂の粘着性や
吸収倍率の低下を抑制することができる。更に、吸水性樹脂の初期の加圧下吸水速度(T
20、T5、T10、T15)の低下を抑制することができる。
[3]吸水性樹脂の製造方法
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂の製造方法は、(i)(メタ)アクリル酸(塩)
系単量体水溶液を調製する工程と、(ii)該(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液
を重合する工程と、(iii)重合中又は重合後に生成した含水ゲル状架橋重合体をゲル
粉砕して粒子状の含水ゲルを得る工程と、(iv)該粒子状の含水ゲルを乾燥して乾燥重
合体を得る工程と、(v)該乾燥重合体を粉砕及び/又は分級して表面架橋前の粒子状の
吸水性樹脂を得る工程と、(vi)該表面架橋前の粒子状の吸水性樹脂を表面架橋する工
程と、を含む、表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製
造方法であって、前記工程(i)及び/又は(ii)の工程にて、重量平均分子量が20
00以下である水溶性のポリアルキレングリコールを添加し、該工程(i)及び/又は(
ii)の工程における前記水溶性のポリアルキレングリコールの添加量の総量が、前記単
量体水溶液中に含まれる単量体の全質量に対して0.01質量%~1質量%であり、前記
含水ゲル状架橋重合体の無加圧下吸水倍率が31g/g以下、20g/g以上であり、前
記の製造方法によって得られる表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系
吸水性樹脂が以下(1)~(4)を満たす、吸水性樹脂の製造方法である。
(1)無加圧下吸収倍率(CRC)が20g/g以上35g/g以下
(2)0.7psiの加圧下における加圧下吸収倍率(AAP)が25g/g以上
(3)生理食塩水流れ誘導性(SFC)が15(×10-7cm・sec/g)以上
(4)自由膨潤速度(FSR)が0.33g/(g・s)以上
すなわち、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂の製造方法では、前記重量平均分子量
が2000以下である水溶性のポリアルキレングリコールを、(i)(メタ)アクリル酸
(塩)系単量体水溶液を調製する工程、又は(ii)該(メタ)アクリル酸(塩)系単量
体水溶液を重合する工程にて添加する。或いは、前記ポリアルキレングリコールを、これ
らの(i)および(ii)の双方の工程にて添加してもよい。これにより、前記ポリアル
キレングリコールが内在した吸水性樹脂を製造することができる。
前記ポリアルキレングリコールを添加する方法も特に限定されるものではなく、単量体
水溶液、又は重合中の混合物に直接混合してもよいし、溶液、特に水溶液にて混合しても
よい。
さらに、工程(ii)の重合中又は重合後に生成した前記含水ゲル状架橋重合体の無加
圧下吸水倍率の上限値が31g/g以下、好ましくは30g/g以下であり、下限値が2
0g/g以上、好ましくは25g/g以上である。前記のポリアルキレングリコールを内
在させた含水ゲル状架橋重合体の無加圧下吸水倍率を所定の範囲にすることにより、製造
される吸水性樹脂が、以下に示す形態となることが想定され、その結果、例えば、当該吸
水性樹脂のT20の値が減少し、当該吸水性樹脂の初期の加圧下吸水速度が向上すると考
えられる。前記の含水ゲル状架橋重合体の無加圧下吸水倍率の測定方法は、後述される通
りである。
本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂の製造方法において、工程(iii)にてゲル粉
砕の対象となる含水ゲル状架橋重合体が、無加圧下吸水倍率が前述の範囲内である含水ゲ
ル状架橋重合体であることを確認する工程を含み得る。前記含水ゲル状架橋重合体の無加
圧下吸水倍率が前述の範囲内であることを確認する方法としては、例えば、前記工程(i
i)の重合中又は重合後に生成した前記含水ゲル状架橋重合体の一部を分割し、その一部
の含水ゲル状架橋重合体を確認用の試料とした後、当該確認用の試料を対象として、無加
圧下吸水倍率の測定を行い、その測定された無加圧下吸水倍率の値が前述の範囲内である
ことを確認する方法を挙げることができる。なお、前記確認用の試料における無加圧下吸
水倍率の値が前述の範囲内であることを確認した後、無加圧下吸水倍率の測定に使用しな
かった残りの前記含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕して、工程(iii)におけるゲル粉
砕を実施する。但し、あらかじめ無加圧下吸水倍率の値が前述の範囲内である含水ゲル状
架橋重合体を製造できることが確認された条件にて工程(i)および工程(ii)を実施
する場合には、前記確認用の試料における無加圧下吸水倍率を確認せずに工程(iii)
におけるゲル粉砕を実施してもよい。
(想定される形態)
前記含水ゲル状架橋重合体の無加圧吸水倍率を所定の範囲にすることにより、当該含水
ゲル状架橋重合体は、ある程度の高い強度を有する。前記含水ゲル状架橋重合体は、ゲル
粉砕工程中に、一次粒子が凝集して二次凝集体を形成する。その際、一次粒子である前記
含水ゲル状架橋重合体の強度が高く変形し難いこと及び特定のポリアルキレンが内在して
いることによって、前記二次凝集体には、前記一次粒子同士が緩く結合した箇所が多く存
在していると想定される。そして、前記含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕し、乾燥させ、
粉砕・分級し、表面架橋して得られる、本発明の一実施形態における吸水性樹脂もまた、
前記二次凝集体と同様、前記一次粒子同士が緩く結合した箇所が多く存在していると想定
される。ここで、粒子同士が緩く結合している箇所は、空隙が発生するか、あるいは、空
隙が確認できない場合であっても水等の液体を吸収できる余裕が存在すると考えられる。
すなわち、本発明の一実施形態における吸水性樹脂において、前記一次粒子同士が緩く結
合した箇所が空隙として作用しているのか定かではないが、本発明の一実施形態における
吸水性樹脂は、これらの水等の液体を吸収できる余裕が存在する箇所を多く有する形態を
備え、そのことによりT20の値が小さくなり、初期の加圧下吸水速度が向上すると考え
られる。
上記以外にも、最終的に得られる吸水性樹脂に対し、該樹脂の各種物性(CRC、AA
P、SFC、FSR)を規定の範囲にすることが必要である。これにより、製造される吸
水性樹脂において、初期の加圧下吸水速度を向上させることができ、例えば、T20の値
を145秒以下の小さな値に減少させることができる。
前記ポリアルキレングリコールの添加量は、前記単量体水溶液中に含まれる単量体の全
質量に対して0.01質量%~1質量%である。前記ポリアルキレングリコールの添加量
が0.01質量%~1質量%であることにより、得られる吸水性樹脂は初期の加圧下吸水
速度(T20等)にも優れる。前記ポリアルキレングリコールの添加量は、0.05質量
%以上であることが好ましく、0.10質量%以上であることがより好ましく、0.15
質量%以上であることがさらに好ましく、0.20量質量%以上であることが特に好まし
い。ポリアルキレングリコールの添加量は、0.80質量%以下であることが好ましく、
0.60質量%以下であることがより好ましく、0.40質量%以下であることがさらに
好ましい。前記ポリアルキレングリコールの添加量は、表面架橋された粒子状のポリ(メ
タ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂全体に対する含有割合が0.01質量%~1質量%に
なるように調整することが好ましい。
ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂、ポリアルキレングリコール、通液性向上
剤、得られた前記吸水性樹脂の物性については、「[2]吸水性樹脂」で説明した通りで
ある。
[3-1](メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液の調製工程(工程(i))
本工程は、吸水性樹脂(ポリマー)を形成する原料(単量体組成物;特に、(メタ)ア
クリル酸(塩)系単量体を主成分として含み、少なくとも1種類の内部架橋剤を含む)の
水溶液を調製する工程である。尚、単量体組成物のスラリー液を使用することもできるが
、本明細書では便宜上、単量体組成物の水溶液に関して説明する。
(単量体)
本工程において使用される単量体は、[ポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂]
で説明した通り、吸水性樹脂(ポリマー)を形成する原料成分(モノマー)であり、(メ
タ)アクリル酸(塩)系単量体、(メタ)アクリル酸(塩)系単量体以外の単量体及び、
内部架橋剤を含む。つまり、吸水性樹脂を形成するモノマー全体は、単量体組成物である
(塩基性化合物による中和)
本発明において(メタ)アクリル酸(塩)は、上述したように塩基性化合物を用いて部
分的に中和されていることが好ましい。即ち、本発明では、ポリ(メタ)アクリル酸の酸
基が部分的に中和されている吸水性樹脂が好ましい。
前記塩基性化合物としては、例えば、アルカリ金属の炭酸塩や炭酸水素塩、アルカリ金
属の水酸化物、アンモニア、有機アミン等が挙げられる。中でも、吸水性樹脂の吸水性能
の観点から、強塩基性の化合物が選択される。尚、当該塩基性化合物は、取り扱い性の観
点から、水溶液とされていることが好ましい。
前記中和を行う時期は、重合前、重合中、重合後の何れでもよく、複数の時期又は回数
で中和を行うこともできる。また、吸水性樹脂の生産効率の観点から、連続式で中和する
ことが好ましい。
本発明において(メタ)アクリル酸(塩)の中和率は、上述の通り、単量体組成物の酸
基に対して、好ましくは10モル%以上、より好ましくは40モル%以上、さらに好まし
くは50モル%以上、特に好ましくは60モル%以上であって、好ましくは90モル%以
下、より好ましくは85モル%以下、さらに好ましくは80モル%以下、特に好ましくは
75モル%以下である。該中和率の範囲とすることで、吸水性樹脂の吸水性能の低下を抑
制することができる。尚、前記中和率は、上述した重合前、重合中、重合後の何れの中和
においても適用される。また、吸水性樹脂に関しても同様に適用される。
(内部架橋剤)
本工程において使用される内部架橋剤及びその使用量は、前述の[ポリ(メタ)アクリ
ル酸(塩)系吸水性樹脂]で説明した通りである。
本発明の一実施形態において、前記内部架橋剤を添加するタイミングは、重合体を均一
に架橋できればよく、重合前の単量体組成物の水溶液や重合中又は重合後の含水ゲルに内
部架橋剤を添加する方法が挙げられる。中でも、所定量の内部架橋剤を予め単量体組成物
の水溶液に添加する方法が好ましい。
(ポリアルキレングリコール)
本発明の好ましい一実施形態では、前記ポリアルキレングリコールを単量体組成物の水
溶液に添加できる。前記ポリアルキレングリコールは、後述する重合工程において、添加
してもよい。添加量は上述した通りである。中でも単量体組成物の水溶液を調製する工程
において、添加することが好ましい。
(単量体組成物の水溶液に添加されるその他の物質)
本発明の一実施形態では、前記単量体組成物の水溶液の調製時、前記重合反応及び架橋
反応の期間中、又は前記重合反応及び架橋反応の後の何れか一ヵ所以上で、吸水性樹脂の
物性向上の観点から、下記その他の物質を単量体組成物の水溶液、反応中の溶液、又は反
応後の溶液に添加することができる。
前記その他の物質としては、澱粉、澱粉誘導体、セルロース、セルロース誘導体、ポリ
ビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(塩)、既存のポリアクリル酸(塩)の架
橋体等の親水性高分子;炭酸塩、アゾ化合物、各種気泡を生じる発泡剤、界面活性剤、キ
レート剤、連鎖移動剤等の化合物;が挙げられる。
前記親水性高分子を用いることで、親水性高分子がグラフトした吸水性樹脂が得られ、
例えば、澱粉をグラフトしたポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂、PVAをグラフトした
ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂が得られる。これらのグラフトした吸水性樹脂も、ポ
リアクリル酸(塩)系吸水性樹脂の範疇に含まれる。
前記その他の物質の添加量は、本発明の効果に支障がないように調整される。例えば、
前記添加量は、前記単量体組成物の水溶液に対して、合計で好ましくは50質量%以下、
より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質
量%以下であって、好ましくは0質量%以上、より好ましくは0質量%超である。
(単量体成分の濃度)
単量体組成物、ポリアルキレングリコール、前記の各物質及び各成分(この項において
「単量体成分」と表記する)を目的に応じて種々選択し、前記範囲を満たすようにそれぞ
れの量を規定して互いに混合することによって、単量体成分を合計した(つまり、単量体
組成物、ポリアルキレングリコール、各物質及び各成分の混合物の)水溶液が調製される
。尚、本発明の一実施形態では、単量体成分を合計した水溶液とすること以外に、単量体
成分を合計した水と親水性溶媒との混合溶液とすることもできる。
また、単量体成分の合計の濃度は、吸水性樹脂の物性の観点から、好ましくは10質量
%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上であって、好
ましくは80質量%以下、より好ましくは75質量%以下、さらに好ましくは70質量%
以下である。単量体成分の合計の濃度は、各々の単量体成分の濃度を合計して求めること
ができる。尚、各々の単量体成分の濃度は、下記式(A)から算出される;
単量体成分の濃度(質量%)=〔(単量体成分の質量)/(単量体成分を合計した水溶
液の質量)〕×100 式(A)
尚、前記式(A)中、「単量体成分を合計した水溶液の質量」には、逆相懸濁重合にお
ける疎水性有機溶媒の質量は含まれない。
[3-2]重合工程(工程(ii))
本工程は、単量体水溶液を重合させて含水ゲル状架橋重合体(以下、単に「含水ゲル」
と表記する)を得る工程である。好ましくは前記単量体水溶液の調製工程で得られた、ア
クリル酸(塩)を主成分として含む単量体及び少なくとも1種類の内部架橋剤を含む単量
体水溶液を重合させて、含水ゲルを得る工程である。
(重合開始剤)
本発明の一実施形態で用いられる重合開始剤としては、重合させるモノマーの種類や重
合条件等に合わせて、通常の吸水性樹脂の製造において利用されている重合開始剤の中か
ら1種又は2種以上選択して使用することができる。重合開始剤としては、例えば、熱分
解型開始剤や光分解型開始剤が挙げられる。
熱分解型開始剤としては、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモ
ニウム等の過硫酸塩;過酸化水素、t-ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオ
キシド等の過酸化物;アゾニトリル化合物、アゾアミジン化合物、環状アゾアミジン化合
物、アゾアミド化合物、アルキルアゾ化合物、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパ
ン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロ
パン]ジヒドロクロリド等のアゾ化合物等が挙げられる。
光分解型開始剤としては、例えば、ベンゾイン誘導体、ベンジル誘導体、アセトフェノ
ン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、アゾ化合物等が挙げられる。
これらの中でもコスト、残存モノマーの低減能を考慮すると過硫酸塩が好ましい。また
、前記過硫酸塩又は過酸化物等の酸化性重合開始剤の分解を促進する還元剤を併用し、両
者を組み合わせることによりレドックス系開始剤とすることもできる。前記還元剤として
は、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム等の(重)亜硫酸(塩)、L-ア
スコルビン酸(塩)、第一鉄塩等の還元性金属(塩)、アミン類等が挙げられる。
前記重合開始剤の使用量は、内部架橋剤を除く単量体に対して、好ましくは0.001
モル%以上、より好ましくは0.010モル%以上であって、好ましくは1.000モル
%以下、より好ましくは0.500モル%以下、さらに好ましくは0.100モル%以下
である。また、前記還元剤の使用量は、内部架橋剤を除く単量体に対して、好ましくは0
.0001モル%以上、より好ましくは0.0005モル%以上であって、好ましくは0
.0200モル%以下、より好ましくは0.0150モル%以下である。該範囲内の使用
量とすることで、所望する吸水性能を有する吸水性樹脂が得られる。
また、本発明の一実施形態においては、前記重合反応を、放射線、電子線、紫外線等の
活性エネルギー線の照射によって開始させてもよい。また、活性エネルギー線の照射と前
記重合開始剤とを併用してもよい。
(重合形態)
本発明の一実施形態に適用される重合形態としては、水溶液重合、逆相懸濁重合、噴霧
重合、液滴重合、バルク重合、沈澱重合等が挙げられる。中でも、重合の制御の容易性や
吸水性樹脂の吸水性能の観点から、好ましくは水溶液重合又は逆相懸濁重合、より好まし
くは水溶液重合が選択される。水溶液重合は特開平4-255701号公報等に記載され
ている。逆相懸濁重合は国際公開第2007/004529号、国際公開第2012/0
23433号等に記載されている。
前記連続水溶液重合の好ましい形態としては、高温開始重合、高濃度重合、発泡重合等
がある。「高温開始重合」とは、重合開始時の単量体水溶液の温度を、好ましくは35℃
以上、より好ましくは40℃以上、さらに好ましくは45℃以上、特に好ましくは50℃
以上であって、好ましくは単量体水溶液の沸点以下とする重合形態を意味する。また「高
濃度重合」とは、重合開始時の単量体濃度を、好ましくは30質量%以上、より好ましく
は35質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、特に好ましくは45質量%以上で
あって、好ましくは単量体水溶液の飽和濃度以下とする重合形態を意味する。「発泡重合
」とは、発泡剤又は気泡を含む前記単量体水溶液を重合する重合形態を意味する。尚、こ
れら重合形態は、それぞれ単独で実施してもよいし、2つ以上を併用して実施してもよい
。また、前記水溶液重合の重合形態は、バッチ式でもよく連続式でもよいが、生産効率の
観点から連続式が好ましい。本発明の一実施形態に適用される重合形態としては、重合開
始剤を添加後、速やかに重合反応が開始される重合形態の方がよい。前記重合形態として
は、例えば、重合開始剤を添加した後、1分間以内に重合反応が開始する重合形態が好ま
しい。また、前記重合形態としては、重合反応の終了も速やかに終了する重合形態の方が
よい。前記重合形態としては、例えば、重合反応が開始した後、1分間以内に当該重合反
応が終了する重合形態が好ましい。
さらに、上述の連続式の水溶液重合としては、米国特許第4893999号、米国特許
第6906159号、米国特許第7091253号、米国特許第7741400号、米国
特許第8519212号、特開2005-36100号公報等に記載された連続ベルト重
合や、米国特許第6987151号等に記載された連続ニーダー重合が挙げられる。
前記発泡重合における気泡の分散方法としては、単量体水溶液に溶存している気体を溶
解度の低下によって気泡として分散させる方法、外部から気体を導入して気泡として分散
させる方法、単量体水溶液に発泡剤を添加して発泡させる方法等が挙げられる。また、目
的とする吸水性樹脂の物性に応じて、前記分散方法を適宜併用して実施してもよい。
前記外部から気体を導入する場合、該気体として、酸素、空気、窒素、炭酸ガス、オゾ
ン等や、これら気体の混合気体が挙げられる。重合性やコストの観点から、好ましくは窒
素や炭酸ガス等の不活性ガスが使用され、より好ましくは窒素が使用される。
使用することができる発泡剤として、アゾ化合物や有機又は無機のカーボネート溶液、
分散液、0.1μm以上、1000.0μm以下の粒子径の粉末が挙げられる。中でも無
機のカーボネートが好ましく、具体的には炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸マグ
ネシウム等の炭酸塩、炭酸水素塩を使用することができる。
発泡重合で得られた発泡形状の含水ゲルをゲル粉砕することで乾燥が容易となる。また
、発泡形状の吸水性樹脂とすることで、吸水性樹脂の吸水速度を向上させることができ、
さらに吸収性物品への固定化も容易になる。発泡形状であることは、電子顕微鏡で吸水性
樹脂の表面の孔、例えば直径が1μm以上、100μm以下の孔を確認することで判断す
ることができる。孔は、吸水性樹脂1粒当たり、好ましくは1個以上、より好ましくは1
0個以上であって、好ましくは10000個以下、より好ましくは1000個以下であり
、前記発泡重合における条件を調整することによって制御することができる。
[3-3]ゲル粉砕工程(工程(iii))
本工程は、前記重合工程の途中、及び/又は、重合工程後に実施される、含水ゲルを粉
砕し、粒子状の含水ゲルを得る工程である。具体的には、前記重合工程において含水ゲル
を粉砕してもよく、前記重合工程後に含水ゲルを粉砕してもよい。即ち、本工程は、含水
ゲルをゲル粉砕して粒子状の含水ゲル(以下、「粒子状含水ゲル」と表記する)を得る工
程である。尚、後述する粉砕工程での「粉砕」と区別するために、本工程は「ゲル粉砕」
と表記する。また、ゲル粉砕の対象は前記重合工程で得られた含水ゲルだけでなく、特に
言及しない限り、後述する分級工程において回収した微粉と水性液とを混合して得られる
造粒ゲルが含まれている場合がある。他の工程も特に言及しない限り、同様の趣旨である
前記ゲル粉砕とは、ニーダー、ミートチョッパー等のスクリュー押出し機、カッターミ
ル等のゲル粉砕機を用いて、含水ゲルを所定の大きさに調整することを指す。
含水ゲルをゲル粉砕する場合、温水及び/又は水蒸気をゲル粉砕機に添加することが好
ましい。温水及び/又は水蒸気を添加することによって、粘着性が低く、通気性の良い粒
子状含水ゲルが得られるため、乾燥し易くなるので好ましい。温水の温度は、好ましくは
40℃以上、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上であって、好まし
くは100℃以下である。
ゲル粉砕の実施形態や稼働条件等に関しては、前記水溶液重合では、連続水溶液重合を
記載する文献に併せて記載される方法が採用される。また、国際公開第2011/126
079号パンフレットに記載された内容も本発明の一実施形態に好ましく適用される。尚
、重合形態がニーダー重合である場合には、重合工程とゲル粉砕工程とが同時に実施され
ていることになる。また、本発明の一実施形態でゲル粉砕工程を経ることで、不定形破砕
状の吸水性樹脂を得ることができる。
また、本発明の一実施形態に係る吸水性樹脂の製造方法は、後述する分級工程において
回収した微粉と水性液とを混合して造粒ゲルを得る造粒工程、ゲル粉砕工程の終了後から
乾燥工程で乾燥が完了するまでの少なくとも1つの工程、及び/又は工程間で、含水ゲル
に、前記造粒ゲルを添加する造粒ゲル添加工程、を含んでもよい。加えて、本発明のゲル
粉砕工程では、ゲル粉砕エネルギーを適切に制御することが好ましい。下記所定のゲル粉
砕エネルギーでゲル粉砕して得られる粒子状含水ゲルは、その後に得られる吸水性樹脂の
物性面においても、吸水速度、例えば国際公開第2009/016055号に記載されて
いるFSRや、JISK7224(1996年度)「高吸水性樹脂の吸水速度試験方法」
に記載されているVortexでの評価が向上する。
ここで、本発明の一実施形態における「ゲル粉砕エネルギー」とは、含水ゲルをゲル粉
砕するとき、ゲル粉砕装置が必要とする単位エネルギー、即ち、含水ゲルの単位質量当た
りの機械的エネルギーを指し、ジャケットを加熱冷却するエネルギーや投入する水及びス
チームのエネルギーは含まれない。尚、「ゲル粉砕エネルギー」は、英語表記の「Gel Gr
inding Energy」から「GGE」と略称する。
GGEは、ゲル粉砕装置が三相交流電力で駆動する場合、以下の式(I)によって算出
される;
GGE[J/g]={√3×電圧×電流×力率×モーター効率}/
{1秒間にゲル粉砕機に投入される含水ゲルの質量}…式(I)
前記「力率」及び「モーター効率」は、ゲル粉砕装置の稼動条件等によって変化する装
置固有の値であり、0以上、1以下までの値を採る。これらの値は、装置メーカー等への
問い合わせ等で知ることができる。また、ゲル粉砕装置が単相交流電力で駆動する場合、
GGEは、前記式(I)中の「√3」を「1」に変更して算出することができる。尚、電
圧の単位は[V]、電流の単位は[A]、含水ゲルの質量の単位は[g/s]である。
前記GGEにおける「力率」及び「モーター効率」は、ゲル粉砕時での値を採用する。
空運転時の力率及びモーター効率の値は、空運転時の電流値が小さいこともあり、近似的
に前記式(I)のように定義する。前記式(I)における「1秒間にゲル粉砕機に投入さ
れる含水ゲルの質量」[g/s]とは、例えば、含水ゲルが定量フィーダーで連続的に供
給される場合、[g/s]に換算した値をいう。但し、含水ゲルには後述するように、リ
サイクルされた造粒ゲルが含まれている場合がある。
本発明の一実施形態においてゲル粉砕するためのゲル粉砕エネルギー(GGE)は、好
ましくは100J/g以下、より好ましくは80J/g以下、さらに好ましくは60J/
g以下であって、好ましくは20J/g以上、より好ましくは25J/g以上、さらに好
ましくは30J/g以上である。ゲル粉砕エネルギーを前記範囲内に制御することで、適
切なせん断・圧縮力を含水ゲルに与えながらゲル粉砕することができる。
尚、ニーダー重合後におけるスクリュー押出機の使用や、複数のスクリュー押出機の使
用等、ゲル粉砕が複数の装置で行われる場合には、それぞれの装置で消費されたエネルギ
ーの合計をゲル粉砕エネルギー(GGE)とする。
また、ゲル粉砕エネルギーを前述したように制御する場合には、前記温度の温水の添加
と組み合わせて行うことで、より優れた効果が得られる。さらに、通常のゲル粉砕後に、
前記ゲル粉砕エネルギーに基づくゲル粉砕を行ってもよい。
ゲル粉砕工程によって細粒化された粒子状含水ゲルの粒子径は、乾燥のし易さや、得ら
れる吸水性樹脂の物性の観点から、0.1mm以上、10mm以下の範囲が好ましい。ま
た粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)は、好ましくは0.1mm~5.0mm、
より好ましくは0.1mm~2.0mmである。粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D5
0)が前記範囲であると、乾燥が十分に行われる。本発明の一実施形態では乾燥工程に供
される含水ゲルの質量平均粒子径は、好ましくは前記範囲内であり、より好ましくは前記
粒子径、及び前記質量平均粒子径の両方を満足することである。
前記粒子状含水ゲルの粒度として、その粒度分布の狭さを示す対数標準偏差(σζ)は
、好ましくは0.2~1.5、より好ましくは0.2~1.3、さらに好ましくは0.2
~1.2である。粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、粒度分布の狭さを示し、その値が
小さいほど均一な粒子径となり、均等に乾燥させることができるという利点がある。しか
しながら、該粒度分布の対数標準偏差(σζ)を0.2未満とするには、ゲル粉砕後にお
ける粒子状含水ゲルの分級等の特殊な操作を必要とするため、生産性やコストの観点から
、実質的には実施することが難しい。なお、粒子状含水ゲルの質量平均粒子径(D50)
及び対数標準偏差(σζ)は、例えば、WO2021/140905に記載の方法によっ
て測定される。
また、均一で効率的な乾燥のために、粒子状含水ゲルの含水率は、好ましくは30質量
%以上、より好ましくは45質量%以上であって、好ましくは70質量%以下、より好ま
しくは55質量%以下である。
[3-4]乾燥工程(工程(iv))
本工程は、ゲル粉砕された含水ゲルを乾燥して乾燥重合体を得る工程である。具体的に
は、前記粒子状含水ゲル、又は造粒ゲルを添加した場合には造粒ゲルと粒子状含水ゲルの
両方を、所望する固形分まで乾燥させて乾燥重合体を得る工程である。該固形分、即ち、
前記ゲル100質量%から含水率を引いた値は、好ましくは80質量%以上、より好まし
くは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは92質量%以上
であって、好ましくは99質量%以下、さらに好ましくは98質量%以下、特に好ましく
は97質量%以下である。乾燥重合体の固形分を前記範囲内とすることで、粉砕や分級、
表面架橋を効率的に実施することができる。尚、本明細書において「乾燥が完了」とは、
固形分が80質量%に到達した状態を指す。ところで、本工程では乾燥重合体がブロック
状になっており、さらにブロックの上下部、中央部、端部のそれぞれで含水率が異なって
いる場合がある。この場合には、様々な位置から乾燥重合体を適宜取得し、必要により砕
いてから含水率を測定して平均すればよい。
本明細書において、前記所定の固形分を下回る乾燥重合体を、未乾燥物と表記すること
がある。また、乾燥工程における「被乾燥物」又は「粒子状含水ゲル」には、粒子状含水
ゲルと造粒ゲルの両方を含む場合がある。本発明の乾燥工程は、特に粒子状含水ゲルと造
粒ゲルの両方を含む場合により効果的な条件である。尚、他の工程においても同様に、含
水ゲル及びその処理物に、造粒ゲル及びその処理物が含まれる場合がある。
乾燥工程における乾燥方法は、例えば、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、流動層乾燥、
赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、疎水性有機溶媒との共沸脱水による乾燥、高温の水蒸気を
利用した高湿乾燥、攪拌乾燥等が挙げられる。中でも乾燥効率の観点から、攪拌乾燥、又
は熱風乾燥が好ましい。攪拌乾燥としては、パドルドライヤー又は回転ドラム式乾燥機等
の攪拌乾燥機で行うことが好ましい。また、熱風乾燥としては、通気ベルト上で熱風乾燥
を行う通気バンド式乾燥機で行うことが好ましい。通気バンド式乾燥機を用いることで、
乾燥重合体や乾燥途中の粒子状含水ゲル等の被乾燥物の物理的破損や摩擦による微粉末の
発生等を防止しつつ、効率的な乾燥が行える。
熱風乾燥する場合の乾燥温度、即ち、熱風の温度は、乾燥効率を考慮すると、好ましく
は120℃以上、より好ましくは130℃以上、さらに好ましくは150℃以上であって
、好ましくは250℃以下、より好ましくは230℃以下、さらに好ましくは200℃以
下である。また、乾燥時間は、好ましくは10分間~120分間、より好ましくは20分
間~90分間、さらに好ましくは30分間~60分間である。該範囲内の乾燥温度及び乾
燥時間とすることで、得られる吸水性樹脂の物性を所望する範囲とすることができる。尚
、他の乾燥条件に関しは、乾燥に供する粒子状含水ゲルや造粒ゲルの含水率、総質量及び
目的とする固形分に応じて、適宜設定すればよく、バンド乾燥を行うときには、国際公開
第2006/100300号パンフレット、同第2011/025012号パンフレット
、同第2011/025013号パンフレット、同第2011/111657号パンフレ
ット等に記載される諸条件が適宜適用される。
[3-5]粉砕工程、分級工程(工程(v))
粉砕工程は、前記乾燥重合体を粉砕する工程であり、分級工程は、粉砕された乾燥重合
体から微粉を取り除く工程である。具体的には、前記乾燥工程を経て得られる乾燥重合体
を、粉砕工程で粉砕し、所望する範囲の粒度に分級工程で調整して、吸水性樹脂を得る工
程である。乾燥後の粉砕工程を経ることで、不定形破砕状の吸水性樹脂を得ることができ
る。
前記粉砕工程で使用される粉砕装置としては、ロールミル、ハンマーミル、スクリュー
ミル、ピンミル等の高速回転式粉砕機や、振動ミル、ナックルタイプ粉砕機、円筒型ミキ
サー等が挙げられる。中でも、粉砕効率の観点から、好ましくはロールミルが選択される
。また、これら粉砕機を複数併用することもできる。
前記分級工程での粒度の調整方法としては、JIS標準篩(JIS Z 8801-1
(2000))を用いた篩分級や気流分級等が挙げられる。中でも、分級効率の観点から
、好ましくは篩分級が選択される。尚、粉砕のし易さやの観点から、付加的に粉砕工程前
に分級工程を行ってもよい。
吸水性樹脂の粒度分布は、質量平均粒子径(D50)が好ましくは300μm以上、6
00μm以下であって、150μm未満の粒子の割合が5質量%以下である。質量平均粒
子径(D50)の上限は、より好ましくは500μm以下、さらに好ましくは450μm
以下である。また、150μm未満の粒子の割合は、より好ましくは4質量%以下、さら
に好ましくは3質量%以下、特に好ましくは2質量%以下である。また、粒度分布の狭さ
を示す対数標準偏差(σζ)は、好ましくは0.20以上、より好ましくは0.25以上
、さらに好ましくは0.27以上であって、好ましくは0.50以下、より好ましくは0
.45以下、さらに好ましくは0.43以下、特に好ましくは0.40以下、最も好まし
くは0.35以下である。粒度分布の対数標準偏差(σζ)は、粒度分布の狭さを示し、
その値が小さいほど均一な粒子径となり、粒子の偏析が少なくなるという利点がある。好
ましくは、質量平均粒子径(D50)と150μm未満の粒子の割合とを満足することで
あり、より好ましくは、質量平均粒子径(D50)、150μm未満の粒子の割合、及び
対数標準偏差を満足することであり、前記各範囲内で適宜組み合わせることができる。
なお、質量平均粒子径(D50)と対数平均標準偏差(σζ)は、米国特許第7638
570号の「(3) Mass-Average Particle Diameter (D50) and Logarithmic Standard De
viation (σζ) of Particle Diameter Distribution」に記載された測定方法によって測
定され得る。
上述した粒度は、粉砕工程及び分級工程後の吸水性樹脂にも適用される。そのため、表
面架橋を行う場合は、表面架橋前の吸水性樹脂で調整された前記範囲の粒度を維持するよ
うに、表面架橋工程で表面架橋処理されることが好ましく、表面架橋工程以降に整粒工程
を設けて粒度が調整されることがより好ましい。したがって、本発明の一実施形態に係る
製造方法にて製造される吸水性樹脂も、質量平均粒子径(D50)と150μm未満の粒
子の割合とが上述の範囲内であることを満足することが好ましく、質量平均粒子径(D5
0)、150μm未満の粒子の割合、及び粒度分布の対数標準偏差(σζ)が上述の範囲
内であることを満足することがより好ましい。さらに好ましくは、本発明の一実施形態に
係る製造方法にて製造される吸水性樹脂は、質量平均粒子径(D50)が300~600
μmであり、150μm未満の粒子の割合が5質量%以下であり、粒度分布の対数標準偏
差(σζ)が0.20~0.50である。
[3-6]表面架橋工程(工程(vi))
本工程は、上述した各工程を経て得られる表面架橋前の吸水性樹脂の表面層に、さらに
架橋密度の高い部分を設ける工程であり、混合工程、熱処理工程、冷却工程等を含む構成
となっている。該表面架橋工程において、表面架橋前の吸水性樹脂の表面でラジカル架橋
や表面重合、表面架橋剤との架橋反応等が起こり、表面架橋された吸水性樹脂が得られる
表面架橋工程時における吸水性樹脂の最高到達温度(粉温)、つまり、熱処理工程時に
おける吸水性樹脂の最高到達温度(粉温)は、好ましくは180℃以上であり、より好ま
しくは190℃以上である。
[3-6-1]混合工程
本工程は、表面架橋剤を含む溶液(以下、「表面架橋剤溶液」と表記する)を混合装置
内で表面架橋前の吸水性樹脂と混合することで、混合物を得る工程である。
(表面架橋剤)
本発明の一実施形態においては、表面架橋時に表面架橋剤が使用される。該表面架橋剤
については、上述の[ポリアクリル酸(塩)系吸水性樹脂]で説明した通りである。
前記表面架橋剤の使用量、複数種類を使用する場合はその合計量は、架橋重合体100
質量部に対して、好ましくは0.01質量部~10.00質量部、より好ましくは0.0
1質量部~5.00質量部、さらに好ましくは0.01質量部~2.00質量部である。
表面架橋剤の使用量を該範囲内とすることで、架橋重合体の表面層に最適な架橋構造を形
成することができ、高物性の吸水性樹脂が得られる。
前記表面架橋剤は、水溶液として表面架橋前の吸水性樹脂に添加することが好ましい。
この場合、水の使用量は、表面架橋前の吸水性樹脂100質量部に対して、好ましくは0
.1質量部~20.0質量部、より好ましくは0.3質量部~15.0質量部、さらに好
ましくは0.5質量部~10質量部である。水の使用量を該範囲内とすることで、表面架
橋剤溶液の取り扱い性が向上し、表面架橋前の吸水性樹脂に対して表面架橋剤を均等に混
合することができる。
また、親水性有機溶媒を必要に応じて前記水と併用して、前記表面架橋剤溶液とするこ
ともできる。この場合、親水性有機溶媒の使用量は、表面架橋前の吸水性樹脂100質量
部に対して、好ましくは5質量部以下、より好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは
1質量部以下である。該親水性有機溶媒としては、具体的には、メチルアルコール等の低
級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン等のエーテル類;N,N-ジメチル
ホルムアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;エチレングリコ
ール等の多価アルコール類等が挙げられる。しかしながら、これら親水性有機溶媒の使用
は、できるだけ少ない使用量に制限されることが好ましい。
また、各種の添加剤を、5質量部以下の範囲内で、前記表面架橋剤溶液に添加したり、
混合工程で別途添加したりすることもできる。
(混合方法、混合条件)
前記吸水性樹脂と前記表面架橋剤溶液との混合は、表面架橋剤溶液を予め作製しておき
、当該溶液を架橋重合体に対して、好ましくは噴霧又は滴下して、より好ましくは噴霧し
て混合する方法が選択される。
前記混合を行う混合装置は、吸水性樹脂と表面架橋剤とを均一かつ確実に混合するのに
必要なトルクを有していることが好ましい。当該混合装置は、高速攪拌型混合機が好まし
く、高速攪拌型連続混合機がより好ましい。尚、当該高速攪拌型混合機の回転数は、好ま
しくは100rpm以上、より好ましくは300rpm以上であって、好ましくは100
00rpm以下、より好ましくは2000rpm以下である。
本工程に供給される吸水性樹脂の温度は、表面架橋剤溶液との混合性や加湿混合物の凝
集性の観点から、好ましくは35℃~80℃、より好ましくは35℃~70℃、さらに好
ましくは35℃~60℃である。また、混合時間は、好ましくは1秒間以上、より好まし
くは5秒間以上であって、好ましくは1時間以下、より好ましくは10分間以下である。
[3-6-2]熱処理工程
本工程は、前記混合工程で得られた混合物に熱を加えて、吸水性樹脂の表面上で架橋反
応させる工程である。前記吸水性樹脂の熱処理は、当該吸水性樹脂を静置状態で加熱して
もよく、攪拌等の動力を用いて流動状態で加熱してもよいものの、加湿混合物全体を均等
に加熱できる点において、攪拌下で加熱することが好ましい。前記熱処理を行う熱処理装
置は、前記観点から、パドルドライヤー、マルチフィンプロセッサー、タワードドライヤ
ー等が挙げられる。
該熱処理装置のいわゆる制御温度は、吸水性樹脂を後述する温度に加熱することができ
ればよく、該工程の最初から最後まで一定である必要はない。ただし、部分的な過加熱な
どを防ぐため、50℃~300℃であると好ましい。得られる吸水性樹脂の物性として、
耐ダメージ性を重視する場合には、250℃以下がより好ましく、70℃~230℃がさ
らに好ましく、90℃~220℃がよりさらに好ましい。
一方、吸水性能を重視する場合には、120℃~280℃であるとより好ましく、15
0℃~250℃であるとさらに好ましく、170℃~230℃であると特に好ましい。
また、加熱時間は、1分~180分が好ましく、5分~120分がより好ましく、10
分~120分がさらに好ましく、15~60分がよりさらに好ましい。加熱処理時間が1
分よりも短いと、表面架橋処理が不十分となり、加圧下吸収倍率(AAP)が低下する。
一方、加熱処理時間が長くなると、着色したり、無加圧下吸収倍率(CRC)が低下し過
ぎたりしてしまう。
[3-6-3]冷却工程
本工程は、前記熱処理工程後、及び/又は乾燥工程後に、必要に応じて設けられる任意
の工程である。本工程は、前記熱処理工程を終えた高温の吸水性樹脂を所定の温度まで強
制冷却し、表面架橋反応を速やかに終了させる工程である。
前記吸水性樹脂の冷却は、静置状態で冷却してもよく、攪拌等の動力を用いて流動状態
で冷却してもよいものの、吸水性樹脂全体を均等に冷却できる点において、攪拌下で冷却
することが好ましい。前記冷却を行う冷却装置は、前記観点から、パドルドライヤー、マ
ルチフィンプロセッサー、タワードドライヤー等が挙げられる。尚、これら冷却装置は、
熱処理工程で使用される熱処理装置と同じ仕様とすることもできる。熱処理装置の熱媒を
冷媒に変更することで、冷却装置として使用できるからである。
本工程における冷却温度は、熱処理工程での加熱温度、吸水性樹脂の吸水性能等に応じ
て適宜設定すればよく、好ましくは40℃~100℃、より好ましくは50℃~90℃、
さらに好ましくは50℃~70℃以下である。
[4]吸収性物品
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂は、吸収性物品に含まれ
る。当該「吸収性物品」とは、身体から排出される尿、糞便、血液のような種々の滲出物
を吸収、収容するために、着用者の身体に接して、または近接して配置される物品のこと
をいう。具体的に、該吸収性物品には、乳児、幼児及び/又は成人に着用される紙オムツ
やパンツ、紙オムツやパンツのための吸収性挿入物、生理用ナプキンやパンティライナー
等の女性用ケア吸収性物品が含まれる。
前記吸収性物品は、トップシート、バックシート、吸収性コア及び任意に吸収-拡散シ
ステムを含むことができる。前記吸収性コアは、バックシートとトップシートとの間に配
置され、任意の吸収-拡散システムは、一般的に吸収性コアとトップシートとの間に配置
される。
本発明の一実施形態に係る製造方法にて製造される吸水性樹脂は、吸収性物品の吸収性
コアに含まれてもよい。吸収性コアは、未架橋のセルロース繊維(パルプ繊維)のような
他の吸水性材料を含んでもよく、含まなくてもよい。該吸収性コアは、本明細書に記載さ
れる吸水性樹脂を少なくとも60質量%、または少なくとも75質量%、または少なくと
も85質量%、または少なくとも95質量%、または少なくとも98質量%、または10
0質量%含んでもよい。
「紙オムツ」と「パンツ」とは、乳児、幼児及び(成人の)失禁者によって、着用者の
腰及び脚を取り囲むように胴体下部の周囲に着用され、特に、尿及び糞便排泄物を受容し
収容するように適合された吸収性物品を指す。パンツにおいては、本明細書で使用すると
き、第1及び第2の腰部領域の長手方向の縁部は、腰部開口部及び脚部開口部を予め形成
するために互いに取り付けられている。パンツは、着用者の脚を脚部開口部内に挿入し、
パンツ吸収性物品を着用者の下部胴体の周りの所定位置に横滑りさせることによって、着
用者の所定位置に配置される。パンツは、限定するものではないが、再取り付け可能な接
合材及び/又は再取り付け不可能な接合(例えば、縫合、溶接、接着剤、粘着性接合材、
留め具等)を用いて吸収性物品の部分を互いに結合することを含む任意の好適な手法によ
って、予め形成されてもよい。パンツは、物品の外周に沿った任意の位置において予め形
成することができる(例えば、側面締着、前腰部締着)。紙オムツにおいては、腰部開口
部および脚部開口部は、紙オムツが、第1の腰部領域及び第2の腰部領域の長手方向縁部
を好適な締着システムによって両側で互いに(剥離可能に)取り付けられることによって
着用者に適用されたときにのみ、形成される。適切な締着システムは、例えば、フック材
料を含むテープタブと、協働するランディング領域(例えば、フックとループによる締着
システムにおけるループを提供する不織布ウェブ)を含んでもよい。
紙オムツやパンツは、とりわけ脚の開口部の領域において液体やその他の身体の滲出物
の保持を改善する伸縮性脚部カフやバリア脚部カフを含んでもよい。通常、それぞれのレ
ッグカフやバリアカフは、1つ以上の伸縮性のひもを含む。
「女性用ケア吸収性物品」は、女性が生理中に経血や膣排出物およびその他の女性器に
関する身体的機能由来物を吸収し保持するために使用するパーソナルケア製品である。女
性用ケア吸収性物品は、パンティライナーや生理用ナプキンを含む。
本発明は、以下の[1]~[8]に示す発明を含み得る。
[1]粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂であって、
当該吸水性樹脂に、重量平均分子量が2000以下である水溶性のポリアルキレングリ
コールが内在しており、多価金属塩及び/又は水不溶性の無機粒子を含む通液性向上剤を
実質的に含まず、かつ、下記(1)~(5)を満たす、吸水性樹脂。
(1)無加圧下吸収倍率(CRC)が20g/g以上35g/g以下
(2)0.7psiの加圧下における加圧下吸収倍率(AAP)が25g/g以上
(3)生理食塩水流れ誘導性(SFC)が15(×10-7cm・sec/g)以上
(4)自由膨潤速度(FSR)が0.33g/(g・s)以上
(5)初期の加圧下吸水速度(T20)が145秒以下
[2]前記ポリアルキレングリコールの重量平均分子量が200以上である、[1]に記
載の吸水性樹脂。
[3]前記ポリアルキレングリコールの、前記吸水性樹脂全体に対する含有割合が0.0
1質量%~1質量%である、[1]又は[2]に記載の吸水性樹脂。
[4]前記吸水性樹脂は、不定形破砕状の表面架橋された吸水性樹脂である、[1]~[
3]のいずれか1つに記載の吸水性樹脂。
[5]前記吸水性樹脂は、初期の加圧下吸水速度(T5)が25秒以下である、[1]~
[4]のいずれか1つに記載の吸水性樹脂。
[6]前記吸水性樹脂は、初期の加圧下吸水速度であるT5、T10及びT15の合計が
160秒以下である、[1]~[5]のいずれか1つに記載の吸水性樹脂。
[7]前記吸水性樹脂は、含水率が5質量%以下である、[1]~[6]のいずれか1つ
に記載の吸水性樹脂。
[8](i)(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程と、
(ii)該(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程と、
(iii)重合中又は重合後に生成した含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕して粒子状の含
水ゲルを得る工程と、
(iv)該粒子状の含水ゲルを乾燥して乾燥重合体を得る工程と、
(v)該乾燥重合体を粉砕及び/又は分級して粒子状の吸水性樹脂を得る工程と、
(vi)該粒子状の吸水性樹脂を表面架橋する工程と、
を含む、粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方法であって、
前記工程(iii)より前の工程にて、重量平均分子量が2000以下である水溶性の
ポリアルキレングリコールを、前記単量体水溶液中に含まれる単量体の全質量に対して0
.01質量%~1質量%添加し、全工程にて多価金属塩及び/又は水不溶性の無機粒子を
含む通液性向上剤を実質的に添加せず、得られた前記吸水性樹脂が以下(1)~(5い)
を満たす、吸水性樹脂の製造方法。
(1)無加圧下吸収倍率(CRC)が20g/g以上35g/g以下
(2)0.7psiの加圧下における加圧下吸収倍率(AAP)が25g/g以上
(3)生理食塩水流れ誘導性(SFC)が15(×10-7cm・sec/g)以上
(4)自由膨潤速度(FSR)が0.33g/(g・s)以上
(5)初期の加圧下吸水速度(T20)が145秒以下
以下、実施例及び比較例に従って発明を説明するが、本発明はこれらの実施例等によっ
て限定されて解釈されるものではない。本発明の特許請求の範囲や実施例に記載の諸物性
は、室温(23±2℃)、湿度50±10RH%の条件下にて算出した。
[吸水性樹脂の物性値等の測定・評価]
下記実施例及び比較例にて得られた吸水性樹脂の物性値等の測定・評価を、以下の方法
にて行った。
(無加圧下吸収倍率(CRC))
吸水性樹脂のCRCは、NWSP 241.0.R2(15)に準拠して測定した。具
体的には、吸水性樹脂0.2gを不織布製の袋に入れた後、大過剰の0.9質量%塩化ナ
トリウム水溶液中に30分間浸漬して吸水性樹脂を自由膨潤させ、その後、遠心分離機(
250G)を用いて3分間脱水した後に、無加圧下吸収倍率(CRC)(単位:g/g)
を測定した。
(加圧下吸収倍率(AAP))
吸水性樹脂のAAPは、NWSP 242.0.R2(15)に準拠して測定した。但
し、本発明においては、加圧条件を4.83kPa(49g/cm、0.7psi)に
変更して測定した。具体的には、大過剰の0.9質量%塩化ナトリウム水溶液を用い、吸
水性樹脂0.9gを1時間、4.83kPa(49g/cm、0.7psi)の加圧下
で膨潤させた後、AAP(加圧下吸収倍率)(単位:g/g)を測定した。即ち、本明細
書では、AAP(加圧下吸収倍率)は、全て、4.83kPaの加圧下で測定した値であ
る。
(含水ゲル状架橋重合体の無加圧下吸水倍率:ゲルCRC)
試料として含水ゲル状架橋重合体0.6gを用い、自由膨潤時間を24時間とした以外
は上記吸水性樹脂のCRCと同様の操作を行った。さらに、別途、後述の方法を用いて、
含水ゲル状架橋重合体の樹脂固形分を測定し、上記0.6gの含水ゲル状架橋重合体中の
吸水性樹脂重量を求め、次式(2)に従ってゲルCRCを算出した。なお、1サンプルに
つき5回測定し、その平均値を採用した。
ゲルCRC(g/g)=[{(mwi-mb)/msi}-1]×(100/Wn) 式
(2)
なお、ここで、
msi:測定前の含水ゲル状架橋重合体の重量(g)
mb :自由膨潤して水切り後のBlank(不織布のみ)の重量(g)
mwi:自由膨潤して水切り後の含水ゲル状架橋重合体及び不織布の合計重量(g)
Wn :含水ゲル状架橋重合体の固形分(重量%)
である。
(含水ゲル状架橋重合体の樹脂固形分)
底面の大きさが直径約50mmのアルミカップの重量を予め測定し、Wa(g)とした
。前記アルミカップに、含水ゲル状架橋重合体1.00(g)を量り取り、含水ゲル状架
橋重合体及びアルミカップの総重量Wb(g)を測定した。その後、吸水性樹脂が入った
アルミカップを雰囲気温度180℃のオーブン中に3時間静置して乾燥した。3時間経過
後、オーブンから吸水性樹脂及びアルミカップを取り出し、デシケーター中で室温まで冷
却した。その後、乾燥後の吸水性樹脂及びアルミカップの総重量Wc(g)を測定した。
Wa、Wb及びWcを用いて、次式(3)に従って、含水ゲル状架橋重合体の樹脂固形分
を求めた。
含水ゲル状架橋重合体の樹脂固形分(重量%)={(Wc-Wa)/(Wb-Wa))×
100 式(3)
(生理食塩水流れ誘導性(SFC))
吸水性樹脂の生理食塩水流れ誘導性(SFC)(単位:×10-7cm・sec/g)
は、米国特許第5669894号に記載された測定方法に準拠して測定した。
具体的には、吸水性樹脂1.500gを容器に均一に入れた後、当該吸水性樹脂を人工
尿に浸漬し、圧力2.07kPaで加圧した状態で吸水性樹脂を膨潤させた。前記人工尿
は、塩化カルシウム二水和物0.25g、塩化カリウム2.0g、塩化マグネシウム六水
和物0.50g、硫酸ナトリウム2.0g、リン酸二水素アンモニウム0.85g、リン
酸水素二アンモニウム0.15g、及び純水994.25gを混合して調製した。
加圧してから60分間経過後に、膨潤した吸水性樹脂であるゲル層の高さ(cm)を記
録した。次いで、ゲル層を圧力2.07kPaで加圧した状態で、当該ゲル層に0.69
質量%食塩水を通過させた。このときの室温は、20~25℃に調整した。そして、天秤
とコンピューターとを用いて、ゲル層を通過する食塩水の量を20秒間隔で記録し、通過
する食塩水の流速Fs(T)を計測した。流速Fs(T)は、20秒毎に増加する、通過
した食塩水の質量(g)を、通過時間(s)で割ることにより計測される。食塩水の静水
圧が一定となり安定した流速が得られた時間をTsとし、このTsを起点として10分間
に計測されたデータを使用して、流速Fs(T=0)を算出した。即ち、Fs(T)を時
間に対してプロットし、最小2乗法により得られる結果に基づいて、Fs(T=0)を算
出した。Fs(T=0)は、ゲル層を通過する食塩水の最初の流速(g/s)である。そ
して、食塩水流れ誘導性(SFC)を、下記式(4)によって算出した。
SFC={Fs(T=0)×L}/(ρ×A×ΔP) 式(4)
式(4)において、Lはゲル層の高さ(cm)であり、ρは食塩水の密度(g/cm
)であり、Aはゲル層の断面積A(cm)であり、ΔPはゲル層にかかる静水圧(dy
ne/cm)である。
(自由膨潤速度(FSR))
自由膨潤速度(FSR)は、吸水性樹脂1gが0.9質量%塩化ナトリウム水溶液20
gを吸水するときの速度(g/(g・s))であり、国際公開第2009/016055
号に記載された測定方法に準拠して測定した。
(含水率)
底面の大きさが直径約50mmのアルミカップに、吸水性樹脂1.00(g)を量り取
り、吸水性樹脂及びアルミカップの総質量W1(g)を測定した。その後、吸水性樹脂が
入ったアルミカップを雰囲気温度180℃のオーブン中に3時間静置して乾燥した。3時
間経過後、オーブンから吸水性樹脂及びアルミカップを取り出し、デシケーター中で室温
まで冷却した。その後、乾燥後の吸水性樹脂及びアルミカップの総質量W2(g)を測定
し、次式に従って含水率を求めた。
含水率(質量%)=(W1-W2)/(吸水性樹脂の質量(g))×100
(T20、T5、T10、T15)
T20は、蒸留水1Lに9gの塩化ナトリウム及び0.1gのLorodac(主成分
:線状炭素数12~14のアルコールエトキシレート、CAS No.68439-50
-9)を溶解した水溶液を調製し、吸水性樹脂1gが前記水溶液20gを吸収するのに所
要される時間(秒)として測定した。具体的には、特表2014-515987号に記載
された測定方法に準拠して測定した。T5、T10、T15は、同様に、前記水溶液を夫
々5g、10g、15g吸収するのに要する時間であり、T20と同様に特開2014-
515987号に記載された測定方法に準拠して測定した。
(EFFC)
EFFCは、無加圧下吸収倍率(CRC)とAAP(加圧下吸収倍率)との平均値であ
る。
[実施例1]
((メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液の調製)
容量2Lのポリプロピレン製の容器に、アクリル酸400質量部、48質量%水酸化ナ
トリウム水溶液185質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート(PEGDA、エ
チレンオキシドの平均付加モル数:9)2.5質量部、2質量%ジエチレントリアミン5
酢酸・3ナトリウム水溶液1.3質量部、脱イオン水373質量部及びポリエチレングリ
コール(PEG)600(重量平均分子量600、富士フイルム和光純薬株式会社製)0.
9質量部(アクリル酸に対し0.225質量%)を投入して混合することにより、水溶液
(1)を調製した。水溶液(1)は、40℃に予め加温した。
続いて、加温した前記水溶液(1)を攪拌しながら、48質量%水酸化ナトリウム水溶
液185質量部を、大気開放状態で約30秒間かけて該水溶液(1)に投入し、混合した
。これにより、単量体水溶液を調製した。尚、前記混合の過程で発生した中和熱及び溶解
熱によって、該単量体水溶液の温度は約84℃まで上昇した。
下記の表1に、PEGの重量平均分子量、添加量(アクリル酸に対する質量%)、PE
GDAの添加量(アクリル酸に対する質量%)を示す。
((メタ)アクリル酸(塩)系単量体の重合)
前記単量体水溶液の温度が83℃となった時点で、重合開始剤として5質量%過硫酸ナ
トリウム水溶液13質量部を加えて、約5秒間攪拌し、反応液(1)とした。
次に、前記反応液(1)を、ステンレス製のバット型容器(底面340×340mm、
高さ25mm、内面:テフロン(登録商標)を貼り付け)に、大気開放状態で流し込んだ
。尚、該バット型容器は、ホットプレートを用いて、表面温度が40℃となるように予め
加熱していた。
前記反応液(1)を前記バット型容器に流し込んだ後、1分間以内に重合反応が開始し
た。該重合反応によって反応液(1)は、水蒸気を発生しながら上方に向かって四方八方
に膨張、発泡しながら重合反応を進行した後、バット型容器の底面より若干大きいサイズ
にまで収縮した。該重合反応は、約1分間以内に終了した。該重合反応によって、含水ゲ
ル状架橋重合体を得た。前記含水ゲル状架橋重合体の一部を分割し、その一部を測定用の
試料とした。前記測定用の試料を用いて、ゲルCRCの測定を行った。得られた前記含水
ゲル状架橋重合体のゲルCRCの値を以下の表1に示す。
(ゲル粉砕)
次に、前記含水ゲル状架橋重合体のうちの、ゲルCRCの測定に使用しなかった残りの
含水ゲル状架橋重合体を適切な大きさに切断した後に、孔径8mm、孔数33個のダイス
を取り付けたミートチョッパー(型番:「HL-G22SN」、レマコム株式会社製)を
用いてゲル粉砕し、粒子状の含水ゲルを得た。該粒子状の含水ゲルの質量平均粒子径は、
400μmであった。
(乾燥、粉砕、分級)
前記粒子状の含水ゲルを、50メッシュ(目の大きさ:300μm)の金網上に広げ、
通気流回分式乾燥機(形式:「71-S6」、佐竹化学機械工業株式会社製)を用いて、
180℃で30分間、熱風乾燥し、乾燥重合体を得た。次に、得られた乾燥重合体を、ロ
ールミルを用いて粉砕する粉砕工程を行い、粉砕物を目開き710μm及び150μmの
金網で分級した。これにより、150μm~710μmの粒子径を有する不定形破砕状の
(粒子状の)架橋重合体粉末を得た。得られた架橋重合体粉末は、表面架橋前の吸水性樹
脂に該当する。
(表面架橋)
得られた架橋重合体粉末100質量部に、エチレンカーボネート0.4質量部、プロピ
レングリコール0.7質量部、及び脱イオン水2.9質量部からなる表面架橋剤水溶液(
4.0質量部)を、スプレーで噴霧混合した。得られた混合物を、熱媒温度210℃の混
合機で40分間加熱処理し、目開き710μmのJIS標準篩を通過するまで解砕するこ
とにより、表面架橋された吸水性樹脂を得た。得られた吸水性樹脂の諸物性を下記表1に
示す。
[実施例2~7]
PEGの重量平均分子量、及び添加量を表1のように変更したこと以外は、実施例1と
同様にして、実施例2~7の吸水性樹脂を得た。得られた吸水性樹脂の諸物性を表1に示
す。表1中、PEG200(富士フイルム和光純薬株式会社製)の重量平均分子量は20
0であり、PEG2000(富士フイルム和光純薬株式会社製)の重量平均分子量は20
00である。
[実施例8]
PEGの重量平均分子量、及び添加量を表1のように変更し、ゲル粉砕工程において孔
径6mm、孔数52個のダイスに変更し、表面架橋工程において得られた架橋重合体粉末
100質量部に、1,6-ヘキサンジール0.18質量部、トリエチレングリコール0.
4質量部、及び脱イオン水2.5質量部からなる表面架橋剤水溶液(3.08質量部)を
用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例8の吸水性樹脂を得た。
[実施例9]
PEGの重量平均分子量、及び添加量を表1のように変更し、ゲル粉砕工程において孔
径6mm、孔数52個のダイスに変更し、表面架橋工程において得られた架橋重合体粉末
100質量部に、エチレンカーボネート0.67質量部、及び脱イオン水2.63質量部
からなる表面架橋剤水溶液(3.30質量部)を用いた以外は、実施例1と同様にして、
実施例9の吸水性樹脂を得た。
[実施例10]
PEGの重量平均分子量、及び添加量を表1のように変更し、ゲル粉砕工程において孔
径6mm、孔数52個のダイスに変更し、表面架橋工程において得られた架橋重合体粉末
100質量部に、トリエチレングリコール1.0質量部、及び脱イオン水2.0質量部か
らなる表面架橋剤水溶液(3.0質量部)を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施
例10の吸水性樹脂を得た。
[比較例1]
PEGを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例の1の吸水性樹脂
を得た。得られた吸水性樹脂の諸物性を表1に示す。
[比較例2及び3]
PEGの添加量を表1のように変更するとともに、表面架橋工程において、SFCが表
1に記載の値となるように、加熱条件を調製したこと以外は、実施例1と同様にして、比
較例2及び3の吸水性樹脂を得た。得られた吸水性樹脂の諸物性を表1に示す。
[比較例4]
温度計、窒素ガス導入管及び排気孔を備えた蓋と、底面300mm×220mm、深さ
60mmのバットとからなる反応容器に、アクリル酸170g、37質量%アクリル酸ナ
トリウム水溶液1800g、ポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量5
23)0.99g、PEG2000(重量平均分子量2000、富士フイルム和光純薬株
式会社製)6.688g(アクリル酸に対して0.8質量%)、及び脱イオン水216g
を投入して混合し、20℃の水浴に浸した。この水溶液に窒素ガスを導入し、20分間脱
気した。
この溶液の温度が20℃に到達したことを確認した後、窒素気流雰囲気下20質量%過
硫酸ナトリウム水溶液6.61g、及び0.1質量%L-アスコルビン酸水溶液6.33
gを添加し、攪拌して混合した。単量体の濃度は38質量%であった。
1分後に重合が開始し、その時の反応系温度は20℃であった。重合開始後、重合系は
攪拌せず、引き続き20℃の水浴に反応容器を浸して冷却を行った。17分後に重合系は
最高到達温度の89℃を示した。この後、水浴の温度を70℃にして20分間重合反応を
行い、含水ゲル状架橋重合体を得た。前記含水ゲル状架橋重合体の一部を分割し、その一
部を測定用の試料とした。前記測定用の試料を用いて、ゲルCRCの測定を行った。得ら
れた前記含水ゲル状架橋重合体のゲルCRCの値を以下の表1に示す。
得られた含水ゲル状架橋重合体のうちの、ゲルCRCの測定に使用しなかった残りの含
水ゲル状架橋重合体をブロックに切り分け、切り分けられたブロック状の当該含水ゲル状
架橋重合体を、9.0mmのダイス口径プレートを設置したミートチョッパーを用いてゲ
ル粉砕し、粒子状含水ゲル重合体を得た。
得られた粒子状含水ゲル重合体を、180℃、30分間熱風乾燥機で乾燥して乾燥重合
体を得た後、当該乾燥重合体をロールミルで粉砕し、目開き850μm、150μmの金
網で篩い分けることにより、粒子状の架橋重合体粉末を得た。得られた架橋重合体粉末は
、表面架橋前の吸水性樹脂に該当する。
架橋重合体粉末100質量部に、エチレングリコールジグリシジルエーテル0.025
質量部と、エチレンカーボネート0.3質量部と、プロピレングリコール0.5質量部と
、脱イオン水2.0質量部とからなる表面架橋剤溶液を噴霧することによって混合した。
上記の混合物を200℃で35分間加熱処理することにより、表面架橋された粒子状の吸
水性樹脂を得た。
表面架橋された吸水性樹脂100質量部に対して、フュームドシリカ(アエロジル20
0、日本アエロジル株式会社製)0.6質量部を混合し、比較例4の吸水性樹脂を得た。
得られた吸水性樹脂の諸物性を表1に示す。
[比較例5~6]
PEGの重量平均分子量、及び添加量を表1のように変更したこと以外は、実施例1と
同様にして、比較例5~6の吸水性樹脂を得た。得られた吸水性樹脂の諸物性を表1に示
す。表1中、PEG6000(キシダ化学株式会社製)の重量平均分子量は7300~9
300であり、PEG20000(キシダ化学株式会社製)の重量平均分子量は1800
0~25000である。
Figure 2022145483000001
表1より、PEGが内在しない比較例1の吸水性樹脂と比較して、PEGが内在する実
施例1~10の吸水性樹脂はT20が小さいことが分かる。PEGが内在するがSFCが
低い比較例2及び3の吸水性樹脂と比較して、PEGの量が同じであるがSFCが15(
×10-7cm・sec/g)以上である実施例1及び5の吸水性樹脂はT20が小さい
ことが分かる。実施例1~7の吸水性樹脂の場合、CRC、AAP、EFFC、FSRが
良好であり、SFCが15以上で大きいとともに、T20、T15、T10、及びT5が
低減している。比較例4の吸水性樹脂は、実施例7の吸水性樹脂と重量平均分子量が同一
であるPEGを有するが、FSRが0.33(g/(g・s))より小さく、T20が大
きくなっていることが分かる。
以上より、本発明に係る吸水性樹脂は、吸収倍率(CRC、AAP)、吸水速度(FS
R)、及び通液性(SFC)において良好な性能を有し、かつ、例えば、T20の値が小
さく、初期の加圧下吸水速度に優れている。これにより、例えば、紙オムツ等に使用した
場合、尿のにじみ(戻り)が抑制され、紙オムツを使用したときにムレ感がなく、快適に
過ごすことができると考えられる。
本発明に係る吸水性樹脂は、吸収性物品に使用した場合、排出液体のにじみ(戻り)が
抑制されているので、種々の吸収性物品用途において利用することができる。本発明に係
る吸水性樹脂を含んでなる例えば紙オムツ等の吸収性物品を使用したとき、ムレ感がなく
、快適に過ごせることができる。

Claims (6)

  1. (i)(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を調製する工程と、
    (ii)該(メタ)アクリル酸(塩)系単量体水溶液を重合する工程と、
    (iii)重合中又は重合後に生成した含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕して粒子状の含
    水ゲルを得る工程と、
    (iv)該粒子状の含水ゲルを乾燥して乾燥重合体を得る工程と、
    (v)該乾燥重合体を粉砕及び/又は分級して表面架橋前の粒子状の吸水性樹脂を得る工
    程と、
    (vi)該表面架橋前の粒子状の吸水性樹脂を表面架橋する工程と、
    を含む、表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の製造方
    法であって、
    前記工程(i)及び/又は(ii)の工程にて、重量平均分子量が2000以下である
    水溶性のポリアルキレングリコールを添加し、該工程(i)及び/又は(ii)の工程に
    おける前記水溶性のポリアルキレングリコールの添加量の総量が、前記単量体水溶液中に
    含まれる単量体の全質量に対して0.01質量%~1質量%であり、
    前記含水ゲル状架橋重合体の無加圧下吸水倍率が31g/g以下、20g/g以上であ
    り、
    前記の製造方法によって得られる表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩
    )系吸水性樹脂が、以下(1)~(4)を満たす、吸水性樹脂の製造方法。
    (1)無加圧下吸収倍率(CRC)が20g/g以上35g/g以下
    (2)0.7psiの加圧下における加圧下吸収倍率(AAP)が25g/g以上
    (3)生理食塩水流れ誘導性(SFC)が15(×10-7cm・sec/g)以上
    (4)自由膨潤速度(FSR)が0.33g/(g・s)以上
  2. 前記ポリアルキレングリコールの重量平均分子量が200以上である、請求項1に記載
    の吸水性樹脂の製造方法。
  3. 前記ポリアルキレングリコールの、前記表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル
    酸(塩)系吸水性樹脂全体に対する含有割合が0.01質量%~1質量%になるように調
    整する、請求項1又は2に記載の吸水性樹脂の製造方法。
  4. 前記表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂は、不定形破
    砕状の表面架橋された吸水性樹脂である、請求項1~3のいずれか1項に記載の吸水性樹
    脂の製造方法。
  5. 前記表面架橋された粒子状のポリ(メタ)アクリル酸(塩)系吸水性樹脂の含水率が、
    5質量%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
  6. 前記工程(iii)にて前記含水ゲル状架橋重合体をゲル粉砕して得られる前記粒子状
    の含水ゲルの粒度分布を示す対数標準偏差(σ)が、0.2~1.5である、請求項1~
    5のいずれか1項に記載の吸水性樹脂の製造方法。
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